本网讯（物质科学与信息技术研究院）近日，我校物质科学与信息技术研究院电镜中心葛炳辉/宋东升教授团队在块体镍酸盐材料Nd0.8Sr0.2NiO2超导性缺失原因的研究中取得进展，相关研究成果以“块体镍酸盐材料中原子尺度缺陷和重构导致的超导性缺失” 为题发表在《自然-通讯》杂志上。我校物质科学与信息技术研究院2021级博士研究生胡柯钧，南京大学李庆博士和宋东升教授为论文共同第一作者，宋东升教授、葛炳辉教授和南京大学闻海虎教授为共同通讯作者，安徽大学为第一通讯单位。
近几年来，研究学者在无限层镍酸盐薄膜中发现了新的超导电性，引发了广泛关注。这一突破不仅拓展了超导体的研究领域，还揭示了无限层结构和适当化学掺杂对镍酸盐薄膜产生超导的关键作用。然而，关于块体无限层镍酸盐中超导性缺失的原因仍然令人费解。
图. Nd0.8Sr0.2NiO2晶粒中的三维块状结构以及顶点氧导致的结构畸变
为了破解这一难题，该研究团队利用球差校正的透射电镜，对块体无限层 Nd0.8Sr0.2NiO2进行了系统的结构表征，发现块体镍酸盐超导特性缺失的原因可归因为以下三个方面： 1. 大量的T′-type相和堆垛层错形成缺陷结构，交错形成了三维块状结构畴，破坏了晶粒内部的连续性，这可能是导致材料呈现绝缘特性和抑制超导性的关键因素；2.在T′-type相的萤石层中，存在着Sr元素以及F元素的富集，导致Ni的价态也发生相应的变化，并且Sr元素的分布不均可能导致在无限层相中可能存在着Sr元素的掺杂水平较低，这也是超导性缺失的重要因素；3.更为重要的是，在没有完全拓扑还原的情况下，块体镍酸盐的Nd原子面上保留了残留的顶点氧原子，这些间隙氧原子加剧了NiO2平面的局部扭曲，使单胞的晶格常数c/a的值在0.81~0.99的范围内波动，并且降低了NiO2面的平整度，使其键角偏离了理想状态下的180°，导致电子散射变强，进一步阻碍超导性的产生。
这些发现揭示了块状镍酸盐中原子缺陷和无序结构，强调了合适的拓扑还原和结构有序对实现超导性的重要性。这项研究为理解块状镍酸盐中超导性的缺失提供了见解，为材料设计和优化提供了一定的指导。