研究发现三层镍酸盐近各向同性的上临界磁场

近日，中国科学院合肥物质科学研究院等，依托稳态强磁场实验装置水冷磁体WM5，结合强磁场与高压等极端条件，绘制了加压三层镍酸盐La₄Ni₃O_10-δ单晶上临界磁场的全温区相图，揭示其近各向同性的上临界磁场，为理解镍酸盐高温超导配对机制提供实验依据。

自双层RP镍酸盐La₃Ni₂O_7-δ在高压下被发现具有近80 K的超导温度以来，三层同体系La₄Ni₃O_10-δ单晶在压力下也被证实存在体超导性。上临界磁场作为超导体的基本参数之一，对理解超导配对机制至关重要。然而，要完整测量RP镍酸盐的上临界磁场并表征其各向异性，在技术上具有挑战性。此外，由于水冷磁体的内部空间有限，传统技术无法实现高压腔在强磁场中的原位旋转，而这恰恰是测量上临界场各向异性的关键所在。

该研究设计了一套原位转角电输运测试系统，能够在50 GPa高压与35 T强磁场相结合的综合极端条件下，实现样品的高精度原位旋转。利用这一技术，团队测量了三层RP镍酸盐La₄Ni₃O_10-δ在不同磁场方向上的上临界磁场。研究发现，材料的上临界磁场在全温度范围内均表现出显著的近各向同性特征，且这一特性与传统层状超导材料的各向异性行为形成对比。双带模型分析显示，超导特性源于两个轨道能带的贡献——二者的扩散率各向异性相反、相互补偿，呈现出近各向同性。

这一研究为理解多轨道参与的超导配对机制提供了实验依据，为探究镍酸盐高温超导的微观本质提供了新方向。同时，研究建立了在强磁场-高压-低温下开展角度依赖输运测试的实验能力，为在极端压力与强磁场联合作用下探索量子材料提供了重要手段。

相关研究成果发表在Physical Review X上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院相关项目等的支持。

论文链接

三层镍酸盐La₄Ni₃O_10-δ强磁场下两个方向的超导上临界场相图

转角杆实物图及DAC压力包示意图