中國科學家對鎳基超導體的機理研究取得重大突破

近日，物理學頂級期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）刊登中山大學物理學院姚道新教授團隊成果，在國際上首次提出了雙層鎳氧超導體的多軌道模型，并分析了其電磁性質。這一成果為對于理解新型鎳基超導體的微觀圖像和超導機理起到了重要作用。這標志著，繼全球率先發(fā)現新型雙層鎳氧化物超導體后，中國科學家又在其機理研究上做出領先成果。

超導材料具有絕對零電阻、完全抗磁性和宏觀量子隧穿效應的特殊性質，具有重要的科學和應用價值，是國際上重要的科學前沿。此前，中山大學王猛教授團隊首次發(fā)現液氮溫區(qū)鎳氧化物超導體La?Ni?O?，引發(fā)學界新一輪高溫超導研究熱潮。

“其意義不僅在于這是繼銅氧化物之后一種全新的高溫超導體系，更在于通過比較研究，有可能推動科學家破解高溫超導機理，設計新的更多的更容易應用的高溫超導材料，進而實現更加廣泛的應用。”王猛說，“那么對于其機理的后續(xù)研究就顯得尤為重要。”

姚道新團隊此次研究便是率先開始破譯鎳氧化物的超導機理。該論文率先利用密度泛函理論對高壓相的雙層鎳氧超導體進行了系統(tǒng)性計算，建立了一個雙層兩軌道模型，準確地反映了費米面和電子能帶，表明了層間的強關聯(lián)特性，分析了鎳氧化物超導配對的關鍵因素。在此基礎上，團隊進一步考慮了氧的軌道貢獻，并提出了一個高能的11軌道模型，有助于分析鎳的超交換過程和氧的摻雜效應。這對于理解雙層鎳氧超導體的微觀圖像和超導機理起到了十分重要的作用，為鎳氧超導體從實驗研究到后續(xù)的理論研究搭建了橋梁。

這篇論文正式發(fā)表之前，于今年5月在預印本文庫arXiv上貼出，隨后美國、中國、德國、瑞士、俄羅斯、日本等國家的科研團隊都跟進了鎳氧超導體的理論和實驗研究，而幾乎所有的研究都引用了姚道新團隊的成果。在他們的理論模型基礎上，有關科研團隊開展了新型鎳氧超導體的超導配對態(tài)、氧缺陷、強關聯(lián)特性、摻雜效應等研究，使得該領域蓬勃發(fā)展。

中山大學物理學院博士研究生羅志輝、胡訓武為論文的共同第一作者，姚道新教授為論文通訊作者，吳為副教授參與了理論工作，王猛教授進行了實驗和理論的合作。團隊的理論研究工作依托中山大學高等學術研究中心、物理學院公共科研平臺和中子科學平臺、廣東省磁電物性分析與器件重點實驗室、光電材料與技術國家重點實驗室。計算工作依托中山大學國家超級計算廣州中心。

（總臺記者 鄭澍 趙菁）