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La₃Ni₂O₇單晶在14 GPa及以上的壓力下，顯示出TC≈80 K的超導轉變。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轉變。在包括共振非彈性X射線散射（RIXS）、μ自旋旋轉（μSR）實驗、核磁共振（NMR）等多種實驗中已經確定在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，它的轉變溫度在大約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，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。

圖2：20 K時泵-探針光譜及提取參數隨壓力的變化關系，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

? 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