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图1. RP相镍基La2PrNi2O7超导薄膜中测量的隧道谱。(a) 针尖修饰法获得的不同超导层，其中两层薄膜（Layer 1、2）高度均为1单元厚度（约2nm）；(b) 在超导较好的内层薄膜上测量到的隧道谱。(c) 和b图对应的二阶微分电导曲线，能够清晰的看到两个能隙结构。
研究团队成功制备了常压超导的La2PrNi2O7薄膜，电阻测量其超导起始转变温度为41.5 K。由于薄膜表面在空气暴露后发生了污染和退化，无法直接在薄膜表面测量到高质量的隧道谱。为此，研究团队采用独创的针尖修饰技术，局域去除表层退化层，暴露内层超导电性较好的超导薄膜（图1a），并开展隧道谱测量。研究团队在0.4 K温度下获得了清晰隧道谱（图1b），谱线在±19 mV偏压附近呈现出清晰的超导相干峰，同时在±6–8 mV附近存在拐点，该小能量尺度在电导二阶微分曲线中能更明显地发现（图1c）。这表示通过针尖修饰技术能够观测到质量较好的超导隧道谱，谱线表明该体系中可能存在双能隙结构。同时，在超导能隙外±49 mV处发现宽峰结构。
图2. La2PrNi2O7薄膜超导隧道谱随温度的变化以及超导能隙分析。
通过变温实验（图2a），可以发现隧道谱上大能隙对应的相干峰特征随着温度升高逐渐减弱，在超导临界温度附近彻底消失。同时，高能的宽峰结构也随着温度的升高减弱并逐渐消失，证明宽峰和超导的密切关系。通过对最低温度0.4 K下测量的隧道谱进行双能隙的Dynes模型拟合发现，大能隙是d波时无法拟合测量曲线（图2d），而只有大能隙是各向异性的s波时才能较好地拟合实验数据（图2b,c），且各向异性度只有百分之20左右。但是拟合无法确定小能隙是否有能隙节点，基于对称性考虑一般不会同时存在s波和d波的超导电性，因此本实验结果支持双层镍基超导薄膜的超导配对对称性是s±配对。
结合理论，进一步确定该双层镍基高温超导主要由层间相互作用驱动配对，再结合面内的。和超导密切相关的高能宽峰，可能是超导玻色模。类比团队前期在铁基高温超导中玻色模能量的确定方法【Nat. Phys. 9, 42 (2013)】，得到玻色模能量约为30 meV，该能量尺度与大能隙的比值也符合集体激发模的特征。非常规超导体中的玻色模可能是超导能隙符号变号的直接结果，因此玻色模的发现也支持了材料中能隙反转的s±配对形式。这是对镍基超导薄膜的超导能隙的首次隧道谱探测，这一结果对于双层镍基超导电性有重要的启示作用。
南京大学物理学院范圣泰博士和欧梦军博士为论文共同第一作者，南京大学物理学院闻海虎教授、杨欢教授和德国鲁尔大学Ilya M. Eremin教授为共同通讯作者。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、固体微结构物理全国重点实验室、2011计划“人工微结构科学与技术协同创新中心” 的支持。
信息来源：南京大学超导物理和材料研究中心
