由于鎳基超導具有與銅酸鹽類似的d電子結構，表明鎳基超導體具有潛在的高溫超導性，因而受到關注。尤其，近期的研究成果進一步支持了這一假設。中山大學王猛及其合作者發(fā)現(xiàn)La₃Ni₂O₇單晶在14 GPa及以上的壓力下，顯示出TC≈80 K的超導轉(zhuǎn)變。此后，諸多實驗也相繼報道了它在高壓下的超導性能。然而，其超導機制尚不清楚，也存在一些爭議。

密度波（DW）序與超導電性之間的強關聯(lián)相互作用在高溫超導領域一直是被廣泛研究的課題。在La₃Ni₂O₇中，在常壓條件下，當溫度降低時，存在兩種DW轉(zhuǎn)變。在包括共振非彈性X射線散射（RIXS）、μ自旋旋轉(zhuǎn)（μSR）實驗、核磁共振（NMR）等多種實驗中已經(jīng)確定在150 K左右存在類自旋密度波（SDW）躍遷；而在輸運或光導測量中又存在電荷密度波（CDW）躍遷，躍遷溫度在110至130 K之間。La₃Ni₂O₇中復雜的DW行為，被認為源于多個主要由Ni d_x2-y2和d_z2兩種e_g軌道貢獻的費米表面之間的散射，而該行為受溫度和壓力的影響顯著。因此，深入研究DW有序在壓力下的演化對于揭示這種鎳酸鹽中超導配對機制至關重要。

近期，中國科學院物理研究所汪信波及其合作者^[1]，利用德國ScIDre公司的HKZ型高溫高壓光學浮區(qū)法單晶爐成功制備了La₃Ni₂O₇單晶樣品，并使用超快光學泵浦探測光譜技術，深入探究了雙層鎳酸鹽La₃Ni₂O₇單晶在高達34.2GPa高壓下的準粒子動力學。在常壓下，弛豫動力學溫度依賴關系表現(xiàn)出聲子瓶頸效應，這是在151K附近的能隙打開造成的。通過Rothwarf-Taylor模型確定這種類似DW帶隙的能量尺度為66meV。結合近期的實驗結果，作者認為常壓低溫下的這種類似DW轉(zhuǎn)變是自旋密度波（SDW）。這種SDW序在13.3GPa之前隨著壓力的增加被顯著抑制，在26GPa附近消失。值得注意的是，在29.4 GPa以上的壓力下，作者觀察到另一種類似DW序的出現(xiàn)，它的轉(zhuǎn)變溫度在大約135K，這可能跟CDW有關。作者的研究為高壓下類似DW帶隙的變化提供了實驗證據(jù)，為La₃Ni₂O₇中DW序與超導電性之間的相關性提供了關鍵信息。

圖1：在環(huán)境壓力下泵-探針光譜和提取的參數(shù)。

圖2：20 K時泵-探針光譜及提取參數(shù)隨壓力的變化關系，在26 GPa附近DW階消失。

圖3：基于泵浦-探針光譜測量的La₃Ni₂O₇的溫度-壓力相圖。

       該項研究工作中由德國ScIDre公司的HKZ型高溫高壓光學浮區(qū)法單晶爐成功制備的La₃Ni₂O₇單晶樣品，相關實驗參數(shù)為：O₂氣氛，壓力15bar，5KW氙燈。

高溫高壓光學浮區(qū)爐

德國ScIDre公司推出的HKZ系列高溫高壓光學浮區(qū)法單晶爐能夠提供高達3000℃的生長溫度，樣品腔壓力可達300bar，甚至10^-5mbar的高真空。適用于生長各種超導材料單晶，介電和磁性材料單晶，氧化物及金屬間化合物單晶等。Quantum Design將ScIDre公司先進的高溫高壓光學浮區(qū)法單晶爐、高壓氧氣氛退火爐等科研設備引進中國，更好的為中國晶體生長領域的發(fā)展提供設備支持和技術服務。

ScIDre單晶爐特點

? 采用垂直式光路設計

? 采用高照度氙燈，多種功率規(guī)格可選

? 采用光闌控制技術，加熱功率從0-100% 可調(diào)

? 熔區(qū)溫度：高達2000 - 3000℃（具體取決于材料和配置）

? 熔區(qū)氣壓：10bar、50bar、100bar、150bar、200bar、300bar可選

? 熔區(qū)氣氛：Ar、O₂、N₂、混合氣等可選

? 不同真空環(huán)境可選：10^-2 mbar或 10^-5 mbar

? 豐富的可升級選件

高溫高壓光學浮區(qū)法單晶爐外觀圖

參考文獻：

[1]. Meng, Y., Yang, Y., Sun, H. et al. Density-wave-like gap evolution in La₃Ni₂O₇ under high pressure revealed by ultrafast optical spectroscopy. Nature Communications, volume 15, 10408 (2024).

https://doi.org/10.1038/s41467-024-54518-1