近日，物理系上海市高溫超導重點實驗室尹鑫茂教授與新加坡國立大學合作在新一代鎳基量子超導效應研究方面取得重要進展。成果以“Observation of perfect diamagnetism and interfacial effect on the electronic structures in infinite layer Nd0.8Sr0.2NiO2superconductors”論文發表在近日出版的《Nature Communications》上。尹鑫茂教授為論文的第一作者（共同），這是他們在首次明確無限層鎳基超導材料（NdSr）NiO2宏觀量子效應及超導相圖之後的又一重要研究成果。
圖1.無限層鎳基超導Nd1-xSrxNi02量子電子態相圖[Physical Review Letters 125，147003（2020）]。
高溫超導機理問題是量子宏觀效應及凝聚態物理研究的覈心問題，被Science雜誌將其列為人類最前沿科學問題之一。銅基和鐵基超導體是高溫超導兩大家族，人們一直希望再找出基於其他過渡金屬元素宏觀量子效應的高溫超導體。2020年，尹鑫茂教授和新加坡國立大學Ariando副教授、曾繩衛博士合作，首次構建了完整的無限層鎳氧化物超導相圖（見示意圖1），該結果發表在Physical Review Letters 125，147003（2020）。銅基超導的母體化合物具有强關聯性，是莫特絕緣體，鎳基超導的母體也是一種電子關聯性較强的系統。鎳基超導母體中Ni的電子軌道佔據與銅氧化物一致，母體均具有3d9的外層電子軌道，通過摻雜空穴形成宏觀量子效應-超導態。囙此需要用實驗來證實鎳基超導的宏觀量子效應和電子結構，然而，現時製備高品質的鎳基超導薄膜仍然是巨大的挑戰，這對後續的實驗表徵帶來困難。並且完全抗磁性作為超導的另一個標誌性特徵也尚未在鎳基超導薄膜中報導。另一方面，SrTiO3襯底帶來的介面與量子效應對超導性的影響機制仍然是個謎。
本次Nature Communications論文中，作者成功製備了不同厚度的高品質鎳基超導薄膜，並利用光譜學研究了介面效應對鎳基超導薄膜的電學、磁學以及光學效能的影響。首次在鎳基超導薄膜中用實驗證實了抗磁性，論證了鎳氧化物薄膜的宏觀量子行為-超導態。根據之前文獻中的能帶計算，Nd1-xSrxNiO2存在一個較大的費米麵，主要由Ni的3dx2-y2軌道貢獻，d波超導能隙被認為主要分佈於此。而本論文中的光譜量測揭示了Ni-O的雜化耦合效應在鎳基超導薄膜中對量子超導態的重要性（見示意圖2），這將給鎳基超導中新的量子態物理模型的建立帶來新的啟示。
圖2.X射線吸收光譜觀察鎳基薄膜中的量子超導特性[Nat Commun 13，743（2022）]
尹鑫茂教授為上海大學理學院物理系上海市高溫超導重點實驗室新引進的高層次海外青年人才，2020年入選上海市海外高層次領軍人才計畫，2021年度獲批了國家級青年人才計畫。他長期著眼於高溫超導等多種量子新材料的光譜學研究，尤其是利用光譜學開展的銅基、鎳基高溫超導的量子效應研究成果不斷。2021年以來，已發表高水准論文近20篇。2021年以來以第一或通訊作者身份分別在Nature子刊Nature Communications，Science子刊Science Advances、美國物理聯合會AIP旗下應用物理頂級期刊Applied Physics Reviews（影響因數19.16）和國際頂級期刊Chemical Society Reviews（影響因數高達54.56）發表高水准論文4篇。
近年來，其所在的上海市高溫超導重點實驗室在高溫超導關鍵成材科技、超導量子磁通渦旋、超導量子約瑟夫森結型器件、非常規高溫超導、强關聯氧化物電子自旋和超導強電應用等方向上形成了很好的國際化研究氛圍，實驗室青年人才在量子功能資料與高溫超導領域具有很好的國際影響力，近年來主辦國內外學術會議或在重要學術會議上作大會報告20餘次，主持或參與國家重點研發計畫、中科院戰畧先導專項或上海市重大重點專案、國家標準等十多項。
相關連結：
Nature Communications 2022：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28390-w
PRL 2020：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.147003