中國(guó)科學(xué)家對(duì)鎳基超導(dǎo)體的機(jī)理研究取得重大突破

近日，物理學(xué)頂級(jí)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）刊登中山大學(xué)物理學(xué)院姚道新教授團(tuán)隊(duì)成果，在國(guó)際上首次提出了雙層鎳氧超導(dǎo)體的多軌道模型，并分析了其電磁性質(zhì)。這一成果為對(duì)于理解新型鎳基超導(dǎo)體的微觀圖像和超導(dǎo)機(jī)理起到了重要作用。這標(biāo)志著，繼全球率先發(fā)現(xiàn)新型雙層鎳氧化物超導(dǎo)體后，中國(guó)科學(xué)家又在其機(jī)理研究上做出領(lǐng)先成果。

超導(dǎo)材料具有絕對(duì)零電阻、完全抗磁性和宏觀量子隧穿效應(yīng)的特殊性質(zhì)，具有重要的科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值，是國(guó)際上重要的科學(xué)前沿。此前，中山大學(xué)王猛教授團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)液氮溫區(qū)鎳氧化物超導(dǎo)體La?Ni?O?，引發(fā)學(xué)界新一輪高溫超導(dǎo)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(dǎo)體系，更在于通過比較研究，有可能推動(dòng)科學(xué)家破解高溫超導(dǎo)機(jī)理，設(shè)計(jì)新的更多的更容易應(yīng)用的高溫超導(dǎo)材料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更加廣泛的應(yīng)用。”王猛說，“那么對(duì)于其機(jī)理的后續(xù)研究就顯得尤為重要。”

姚道新團(tuán)隊(duì)此次研究便是率先開始破譯鎳氧化物的超導(dǎo)機(jī)理。該論文率先利用密度泛函理論對(duì)高壓相的雙層鎳氧超導(dǎo)體進(jìn)行了系統(tǒng)性計(jì)算，建立了一個(gè)雙層兩軌道模型，準(zhǔn)確地反映了費(fèi)米面和電子能帶，表明了層間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)特性，分析了鎳氧化物超導(dǎo)配對(duì)的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步考慮了氧的軌道貢獻(xiàn)，并提出了一個(gè)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(yīng)。這對(duì)于理解雙層鎳氧超導(dǎo)體的微觀圖像和超導(dǎo)機(jī)理起到了十分重要的作用，為鎳氧超導(dǎo)體從實(shí)驗(yàn)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(yù)印本文庫(kù)arXiv上貼出，隨后美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)、瑞士、俄羅斯、日本等國(guó)家的科研團(tuán)隊(duì)都跟進(jìn)了鎳氧超導(dǎo)體的理論和實(shí)驗(yàn)研究，而幾乎所有的研究都引用了姚道新團(tuán)隊(duì)的成果。在他們的理論模型基礎(chǔ)上，有關(guān)科研團(tuán)隊(duì)開展了新型鎳氧超導(dǎo)體的超導(dǎo)配對(duì)態(tài)、氧缺陷、強(qiáng)關(guān)聯(lián)特性、摻雜效應(yīng)等研究，使得該領(lǐng)域蓬勃發(fā)展。

中山大學(xué)物理學(xué)院博士研究生羅志輝、胡訓(xùn)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論的合作。團(tuán)隊(duì)的理論研究工作依托中山大學(xué)高等學(xué)術(shù)研究中心、物理學(xué)院公共科研平臺(tái)和中子科學(xué)平臺(tái)、廣東省磁電物性分析與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。計(jì)算工作依托中山大學(xué)國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心。

（總臺(tái)記者 鄭澍 趙菁）