这篇文档属于类型a，是一篇关于高压下镍酸盐超导性的原创研究论文。以下是针对该研究的学术报告：
高压下镍酸盐La₃Ni₂O₇中超导特征的研究报告
一、作者与发表信息
本研究由Hualei Sun、Mengwu Huo等来自中山大学物理学院、清华大学物理系、中国科学院物理研究所等机构的团队完成，发表于Nature期刊（2023年9月21日，第621卷）。
二、学术背景
研究领域：高温超导（high-Tc superconductivity）与强关联电子体系。
研究动机：铜氧化物（cuprates）是已知唯一液氮温区（77 K以上）的非传统超导体，但其机制仍未完全阐明。镍酸盐（nickelates）与铜氧化物结构相似（如层状NiO₂平面），但此前镍酸盐的超导转变温度（Tc）最高仅31 K（Pr₀.₈₂Sr₀.₁₈NiO₂薄膜）。本研究旨在探索镍酸盐中是否存在更高Tc的超导相。
科学问题：通过高压调控镍酸盐的电子结构，能否实现类似铜氧化物的高温超导？
三、研究流程与方法
1. 样品制备
- 材料合成：采用高压光学浮区法（high-pressure floating-zone method）在15 bar氧气压下生长La₃Ni₂O₇单晶，确保样品为双层Ruddlesden-Popper相（空间群Amam）。
- 样品表征：通过同步辐射X射线衍射（XRD）确认晶体结构，排除氧缺陷（δ < 0.08）以避免绝缘相干扰。
2. 高压实验设计
- 压力调控：使用金刚石对顶砧（DAC）和立方砧压机，压力范围0–43.5 GPa，以KBr或立方氮化硼（cBN）作为传压介质。
- 结构分析：在北京同步辐射装置（BSRF）进行高压XRD（λ=0.6199 Å），结合Rietveld精修（软件Topas-Academic）追踪晶格参数变化。
- 电子结构计算：采用密度泛函理论（DFT）（VASP软件包），考虑Hubbard U=4 eV以处理Ni 3d电子强关联效应。
3. 超导特性测量
- 电阻测试：四探针法测量0–300 K电阻，发现14.0–43.5 GPa压力区间内出现78–80 K的陡降（图3a-b），符合超导转变特征。
- 磁化率验证：通过交流磁化率测量（频率393 Hz）在25.2 GPa下观测到77 K的迈斯纳效应（图3c），证实体超导性。
- 临界磁场：磁场抑制实验（0–14 T）拟合Ginzburg-Landau公式，得到上临界场μ₀Hc₂(0)=186 T（18.9 GPa），对应相干长度4.83 nm（图3e）。
4. 数据分析流程
- 结构相变：10 GPa附近出现Amam→Fmmm空间群转变（图1c-d），伴随Ni-O-Ni键角从168°增至180°，导致d₃z²轨道与氧2p轨道的σ键金属化（图2b）。
- 电子态演化：DFT显示高压下d₃z²键合带穿过费米面，形成小空穴型费米口袋（扩展数据图2），与铜氧化物中Zhang-Rice单态（单态）类似。
四、主要结果
- 超导相的发现：La₃Ni₂O₇在14.0–43.5 GPa下呈现Tc≈80 K的超导性，突破镍酸盐Tc记录（图4）。
- 结构-性能关联：Fmmm相中Ni-O层间耦合增强，d₃z²与dₓ²₋ᵧ²轨道通过氧2p轨道杂化，形成类铜氧化物的电子结构（图2e）。
- 奇异金属行为：超导相正常态电阻线性依赖温度（R∝T），与铜氧化物超导体的量子临界行为一致（图3a）。
五、结论与意义
- 科学价值：首次在块体镍酸盐中发现液氮温区超导，为高温超导机制研究提供了新体系。
- 机制启示：高压通过调控Ni².⁵⁺（3d⁷.⁵）的轨道占据（d₃z²金属化与dₓ²₋ᵧ²电子掺杂），模拟了铜氧化物中Cu²⁺的电子构型。
- 应用潜力：镍酸盐的高压超导相可能为无稀土高温超导材料设计提供新思路。
六、研究亮点
- 突破性发现：镍酸盐超导Tc首次达到80 K，接近铜氧化物水平。
- 方法创新：结合高压XRD、DFT+U计算与多探针输运测量，建立了结构—电子态—超导性的完整关联。
- 理论贡献：提出“σ键金属化”是高压超导的关键（图2d），拓展了高温超导的轨道调控范式。
七、其他要点
- 氢的作用：对比无限层镍酸盐薄膜（需氢掺杂），本研究表明块体La₃Ni₂O₇无需氢即可实现超导，澄清了氢在镍酸盐超导中的争议角色。
- 后续方向：探索常压下通过化学掺杂（如Sr替代La）稳定高压相超导性。
（全文约2000字）