本网讯（物质科学与信息技术研究院 宋东升）近期，我校电镜中心葛炳辉教授、宋东升教授团队利用球差校正透射电镜直接观测到了高温超导铜氧化物(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11+δ中的CO32-基团及其空间分布，揭示了碳原子引入对超导性影响的新机制。相关研究成果以“Visualizing the atomic configuration of carbonate groups in a (Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11+δ superconductor”为题发表在《Advanced Materials》上，安徽大学电镜中心硕士生林仁菊和中科院强磁场科学中心博士生王庆为论文共同第一作者，安徽大学电镜中心宋东升教授、葛炳辉教授和中科院强磁场科学中心郝宁研究员为论文共同通讯作者，南京大学闻海虎教授为论文的合作者。
碳酸根（CO32-）在凝聚态物理、化学、生物学、地质学和矿物学等领域的材料性能中都发挥着关键作用。在铜基高温超导体中，CO32-一直被认为是杂质，抑制了超导性，然而其潜在的机制仍然难以捉摸。直接测定碳酸盐的原子构型，对于阐明其对局部原子环境和电子结构的影响，进而揭示其对超导性的影响是十分必要的。
针对这些问题，我们首先利用先进的原子分辨积分差分相位衬度成像技术（integrated differential phase contrast, iDPC）测量了(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11+δ((Cu,C)-1234)超导体中碳酸根的原子排列，并确定了碳酸根的三角形构型及其在空间的交替排布组态。基于实验模型，第一性原理计算结果发现：（1）碳酸根的引入减少了载流子库层中载流子的数量，破坏了CuO5金字塔构型，抑制了电荷的转移，不利于超导性；（2）碳酸根的引入显著提高了超导层中铜氧面的平整度，有助于反铁磁的耦合和库珀对的形成，有利于超导性。这两个因素对超导性的影响形成了一种新的竞争机制。这一发现不仅揭示了铜氧化物高温超导中碳原子的双重作用机制，也为材料超导性能的设计和调控提供了新的思路。
图 (Cu,C)1234中碳酸根的原子结构成像（左）
碳酸根对超导性影响的竞争机制（右）