文章导读
80 K高压超导体La3Ni2O7的室温化进程常被“氧”这一变量卡住：增氧看似提升金属性，实际却可能因引入间隙氧而削弱超导。蒋沛恒团队联合南京大学，用密度泛函理论、动力学平均场理论和重整化群等计算手段揭示：内顶点位氧空位与双层间隙氧是主导缺陷，前者破坏Ni–O杂化并诱使局域磁矩，后者富集则压制电子关联与自旋涨落。两类缺陷在正交畴壁与体相区的分布差异，正是条纹结构与电导起伏的微观根源。这一双重机制也解释了退火后平均氧含量上升超导却不增强的实验矛盾，为通过应变调控、优化退火与去孪晶来削弱缺陷富集、真正提升超导性能提供了清晰路径。相关成果发表于《物理评论快报》并被遴选为Editors’ Suggestion。
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近年来，双层镍氧化物La3Ni2O7在高压下表现出80 K的超导转变温度，已成为高温超导领域的重要研究体系。然而，其超导性对样品中的氧含量与氧分布高度敏感：氧空位会抑制超导，高氧压退火虽可提高氧含量并增强金属性，但也可能会削弱超导性。因此，氧缺陷调控该体系超导的物理过程与微观机制仍有待进一步厘清。
近日，西安交通大学物理学院蒋沛恒副教授课题组联合南京大学卢毅教授、王强华教授团队，围绕双层镍氧化物超导体La3Ni2O7+δ中氧缺陷对超导性的调控机制开展理论计算研究。研究团队采用密度泛函理论、动力学平均场理论和重整化群等方法，系统分析了氧缺陷的形成与分布位置、缺陷对电子关联和相干性的影响，以及由此引发的超导性质的变化。
研究发现，内顶点位氧空位和双层之间的间隙氧是La3Ni2O7中具有代表性的低能氧缺陷。正交畴壁会改变缺陷形成能，使氧空位倾向于在畴壁附近稳定，而间隙氧则更倾向于聚集在畴壁之间的体相区域。这种缺陷与畴结构的协同作用，可能带来不同空间尺度的氧分布不均匀性，为实验中观察到的条纹状结构和电导变化提供了微观解释。
氧空位和间隙氧以不同方式抑制超导：氧空位破坏局部Ni–O–Ni杂化并产生局域磁矩；无序分布时还会降低电子相干性，促使体系趋向安德森局域化。间隙氧富集区仍呈金属态，但额外氧会削弱电子关联和自旋涨落，从而显著降低超导配对倾向。这一双重机制解释了退火改善平均氧含量却未必增强超导的现象：退火去除氧空位的同时，也可能促使间隙氧富集。研究提出，可通过调节晶格应变、优化退火条件和去孪晶，减弱缺陷富集及其对超导的不利影响。
相关成果近日发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)，并被遴选为Editors’ Suggestion。西安交通大学物理学院蒋沛恒副教授为论文第一作者，南京大学博士生李捷、曹宇晗为共同第一作者，南京大学卢毅教授、王强华教授为共同通讯作者。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1103/vhgl-lpwv
蒋沛恒副教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/jiangph/
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