南京大学/中科院物理所/德国波鸿鲁尔大学,最新Nature Communications!

镍酸盐超导体作为继铜基和铁基超导体之后的新型非常规高温超导体，凭借其独特的电子结构（Ni²⁺的 3d⁷.⁵电子构型，费米能级附近以 e₉轨道为主导），近年来成为凝聚态物理领域的研究热点。 bilayer 镍酸盐 La₃Ni₂O₇的超导转变温度（T_c）突破液氮沸点，进一步激发了科研界对其超导机制和应用潜力的探索热情。

然而，传统 bilayer 镍酸盐体系需在高压条件下才能实现高温超导，这极大限制了对其超导机理的深入研究和实际应用拓展。尽管通过应变工程或化学替代等策略，科研人员已在 SrLaAlO₄（SLAO）衬底上制备出常压下超导起始温度（T_c^onset）超 40 K 的压缩应变双层镍酸盐薄膜，但这些薄膜的 T_c 仍显著低于高压下块体样品的超导温度。

关键瓶颈在于：面内大压缩应变虽能稳定常压超导性，却会导致 c 轴晶格常数伸长，削弱层间 d_z²轨道耦合作用。而块体样品中，具有高态密度的 d_z² 轨道主导的 γ 平带对高温超导的形成至关重要。因此，如何通过有效调控手段缩短 c 轴晶格常数、强化层间耦合，进而提升薄膜的超导性能，成为该领域亟待解决的核心问题。

南京大学闻海虎教授领衔，联合中科院物理所程金光教授和德国波鸿鲁尔大学Ilya M. Eremin教授等团队在《Nature Communications》上发表了题为“Enhanced superconductivity in the compressively strained bilayer nickelate thin films by pressure”的研究论文。

1.超导温度显著提升：通过施加流体静压力，成功将压缩应变双层镍酸盐薄膜的超导起始温度从约 30 K 提升至 48.5 K（7 GPa 时达到最优值），展现出压力对超导性能的强效调控作用，为高温超导薄膜的性能优化提供了新路径。

2.稳定的空气兼容特性：设计并制备了 (La,Pr)₃Ni₂O₇/(La,Sr)₃Ni₂O₇异质结构（LSP327）薄膜，该薄膜在空气中放置一个月后，超导转变仍保持尖锐，仅常态电阻率略有增加，解决了传统镍酸盐薄膜空气稳定性差的难题，为后续高压输运测量提供了可靠样品基础。

3.揭示压力调控机理：结合密度泛函理论（DFT）和旋转不变 slave 玻色子（RISB）近似计算，阐明压力通过缩短 c 轴晶格常数，增强 3d_z² 与 3d_x²−y² 轨道的杂化作用、提升载流子 itinerancy，并强化层内与层间反铁磁自旋涨落，协同促进库珀对形成，揭示了轨道相关性与磁涨落在超导增强中的关键作用。

4.发现独特相图特征：实验观测到超导转变温度随压力呈现圆顶形演化规律，同时伴随常态输运行为从金属性向弱绝缘性的转变，且该弱绝缘行为被证实为薄膜的本征特性，为理解镍酸盐超导体的电子相竞争提供了重要实验依据。

图 1：常压下超导薄膜的结构与性能表征

图 2：活塞圆筒装置（PCC）中的压力依赖输运特性

图 3：立方砧装置（CAC）中的高压输运特性

图 4：超导转变温度 - 压力（T-P）相图

图 5：压力诱导的自旋涨落理论演化

该研究成功制备了空气稳定的压缩应变双层镍酸盐异质结构薄膜（LSP327），通过高压输运测量与理论计算相结合，系统探究了压力对超导性能的调控效应及内在机理。实验发现，压力可有效缩短 c 轴晶格常数，将薄膜的 T_c^onset 从常压约 30 K 提升至 7 GPa 时的 48.5 K，随后随压力进一步增加呈现缓慢下降，形成圆顶形超导相图。

理论分析表明，压力增强超导性的核心机制包括两方面：一是 c 轴晶格常数减小使 γ 口袋（3d_z² 轨道主导）更接近费米能级，参与 s± 波库珀对形成；二是压力促进 3d_z² 与 3d_x²−y² 轨道的杂化作用，增强层内与层间反铁磁自旋涨落及准粒子能带相干性。此外，高压下（约 9 GPa 以上）观察到的弱绝缘行为被证实为薄膜本征特性，可能与 γ 平带向费米能级移动引发的密度波有序趋势相关。

该研究不仅为镍酸盐超导薄膜的性能优化提供了压力调控策略，更揭示了层间与层内多轨道电子关联、磁涨落及金属性在超导转变中的关键作用，为理解非常规高温超导机理提供了重要实验支撑和理论参考。

Enhanced superconductivity in the compressively strained bilayer nickelate thin films by pressure.Nature Communications.

DOI：10.1038/s41467-026-69660-1