大家好！今天一起来了解一篇超薄多层镍酸盐的超导研究——《Superconductivity in an ultrathin multilayer nickelate》发表于《SCIENCE ADVANCES》。超导研究犹如一场无尽的寻宝之旅，镍酸盐因类似超导铜酸盐的特性备受关注。而“无限层”镍酸盐虽现超导，却有诸多谜题接下来，一起来了解科学家如何运用前沿技术，揭开其超导性的神秘面纱，探寻微观世界的超导奥秘。
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本文只做阅读笔记分享
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一、研究背景与意义
之前呢，科学家们一直想在其他复杂氧化物系统里找到像超导铜酸盐那样的材料。镍酸盐就很有希望，特别是当镍（Ni）能稳定在1+状态时，它的电子构型就和铜酸盐里的Cu2+一样了。最近在“无限层”镍酸盐
Nd0.8Sr0.2NiO2
中发现了超导性，这可引起了好多讨论呢。不过，这里面也有问题，
Nd0.8Sr0.2NiO2
薄膜的超导转变温度
Tc
会随着膜厚减小而降低，4.6nm（13个晶胞）以下超导性就没了，这就让大家开始琢磨，超导性到底和厚度啥关系，超导机制又到底是咋回事。
Nd6Ni5O12
！它是研究超导镍酸盐本征特性的理想材料哦。给大家看看它的结构，左边是
Nd6Ni5O16
，右边是
Nd6Ni5O12
，这种结构和它特殊的电子构型（
d8.8
），让它处在超导穹顶中心附近，很适合用来研究超导性。
二、实验材料与方法
那科学家们是怎么研究的呢？他们用了分子束外延（MBE）技术，在
NdGaO3
衬底上生长
Nd6Ni5O12
薄膜。在生长过程中，为了精确控制，就用到了原位同步辐射X射线散射技术。这个技术可厉害了，就像给生长过程装上了“眼睛”，能清楚看到每一步。比如说，通过监测00 1/2 r.l.u.（反布拉格位置之一）的X射线强度振荡，就能知道原子层是不是长好了。
三、实验结果
1、电学输运特性
先看电阻和超导性的关系。3UC厚的
Nd6Ni5O16
薄膜在大约135K的时候有个金属-绝缘体转变（MIT），就像一个开关一样，从能导电变成不太导电了，而且这个转变几乎没有滞后。等把它还原后，它就变成超导态了，不过还没到电阻为零的状态。超导是从大约17K开始的，到10K左右曲率最大。
再看1UC厚的
Nd6Ni5O12
薄膜，它的超导起始温度和3UC的差不多呢。这就很神奇了，说明在这个材料里，超导转变温度和厚度没太大关系，不像
Nd0.8Sr0.2NiO2
那样。不同厚度薄膜的正常态电阻率和二维面电阻也很有趣，科学家们还在研究为啥会这样。
另外，给1UC厚的
Nd6Ni5O12
薄膜加个垂直磁场，超导性就会被抑制，通过电阻率达到正常态90%时的磁场强度当作上临界场，算出来面内零温金斯堡-朗道相干长度ξab(0) = 30.4 ± 0.3 Å。
2、原位X射线研究生长过程
生长
Nd6Ni5O16
的时候，沉积顺序很有讲究。要是按照常规的来，就会出现动态层重排。在0.5UC厚的
Nd6Ni5O16
薄膜上沉积NdO→
NiO2
，层就乱了。所以科学家们发现得在岩盐层上面再多加一层NdO，也就是用NdO→NdO→NdO→
NiO2
这个顺序。
在生长的时候，X射线强度振荡能反映表面的变化。大家看，沉积NdO的时候，表面变得不平整，像一个个小岛，强度就降低了；长
NiO2
的时候，表面又变平滑了，强度就增加了。
用NdO→
NiO2
→NdO顺序长出来的1UC的
Nd6Ni5O16
，它的镜面布拉格棒很复杂，结构乱七八糟的，说明有很多缺陷；而用NdO→NdO→
NiO2
顺序长的就好多了，和理想结构计算出来的很像。
还有哦，用优化后的顺序长的不同厚度（1UC-3UC）
Nd6Ni5O16
薄膜的镜面布拉格棒，那些偶数编号的超晶格峰很明显，而且薄膜质量很高，没有峰分裂，说明是单相的
Nd6Ni5O16
。要是用错的顺序长，像(下图右)里的3UC样品，就有序性很差，没有RP相的超晶格反射。
3、原位X射线研究还原过程
超导性对还原条件可敏感了。还原温度稍微有点变化，超导性就没了。比如说，还原温度偏离最优的260°C，差个5°C，薄膜就变成绝缘（265°C）或者半导体（255°C，MIT在76K）状态了，这就是因为还原得不完全或者不均匀。
在原位还原实验里，1UC薄膜在不同还原温度下随着时间变化的镜面布拉格棒，重点看0024反射附近。在205°C的时候，0024峰很快就移动了，这说明还原主要是以很快的速度进行的，最后就变成超导态了。
科学家们还用COBRA技术研究了1UC薄膜在还原过程中的平面外原子结构。从下图左能看到不同温度下薄膜的层间距分布，下图右是对应的示意图。结果发现，表面原子层的氧先跑掉，氟石层能让平面正方形相更稳定，还能帮助还原过程。
