研究发现，应变与氧调控让镍酸盐薄膜的轨道和磁性变化彼此相似

据 EurekAlert 发布的新闻稿，研究人员对 (La,Pr)3Ni2O7-delta 薄膜做了 X 射线吸收谱和共振非弹性 X 射线散射测量，并分别独立改变外延应变和氧含量。压缩应变来自薄膜生长所用的衬底，氧处理则改变薄膜的组分。两种调整都把测得的电子和磁学性质推向了大体相同的方向。

新闻稿称，他们要回答的问题是：当一种不超导的镍酸盐被推向超导态时，电子和磁性发生了什么。两个独立的调控手段让研究人员能在同一个材料体系中比较晶格压缩与氧含量的作用。

轨道通道与磁性

研究称，随着压缩应变增大或氧含量被优化，与氧 2pz 和镍 3dz2 轨道相关的态逐渐变得更加离域。谱权重向源自氧的空穴态转移，而最初局域的镍 3dz2 电子所对应的谱特征变得更宽、更不明显。

测量结果指向一条连接相邻镍氧层的 Ni 3dz2-O 2pz-Ni 3dz2 通道。研究把这条层间通道的逐步离域与向超导的演化联系起来，但并未认定它是唯一原因。无论用哪种调控方式，都出现了同样的特征，这为镍酸盐超导理论提供了一个具体的实验参照。

在非超导态下明显的长程自旋密度波序，随着薄膜接近超导而减弱。研究称，其测得强度和空间关联长度都下降了。磁性并未消失：长程相干被大幅压制之后，短程磁激发依然存在。它们受到的阻尼更强，但特征能量带宽几乎不变。

研究认为，这一组合对任何解释都构成了约束。理论必须同时符合三点：层间轨道离域增强、长程磁相干减弱，以及能量尺度几乎不变的短程激发。

常压背景

据 Newswise 报道，块体 Ruddlesden-Popper 镍酸盐最早是在高压下实现超导的，这需要在金刚石对顶砧中挤压样品，限制了许多实验探测手段。EurekAlert 的新闻稿称，薄膜生长通过衬底施加压缩应变并控制氧含量，使常压超导成为可能。

据中国科学院物理研究所的一篇综述，2023 年的一项研究发现，高压下的双层 La3Ni2O7 转变温度最高达到 80 K，即 8万 毫开尔文量级对应的温标刻度上创下镍基超导体的纪录。该综述称，2024 年，通过衬底实现的应变工程让 La3Ni2O7 薄膜在常压下进入超导态。

据 Newswise 报道，薄膜的超导比外加压力下的样品更弱，原因是很难把薄膜生长到高结晶完美度。同一篇报道称，这意味着结晶质量仍有提升空间。

仍未解决的问题

高质量单晶和薄膜依然难以制备。缺陷和晶格无序如何影响电子性质，目前仍不完全清楚，关于机理和电子配对方式的争论也在继续，该综述称。综述还指出，这一领域需要先进的光谱技术、新的实验方法和理论建模，才能确定配对的机制。