超导性是一种量子物态，材料在低于临界温度时电阻降为零并排斥磁场。超导体在医疗成像设备、粒子加速器和量子计算机等技术中具有重要应用价值。尽管超导现象通常出现在极低温环境，近年来部分材料被报道可在更高温度下呈现超导特征，被归类为高温（high-Tc）超导体。

南京大学与固态微结构国家实验室研究人员近日在薄膜镍酸盐体系中报告了高温超导相关迹象。团队在《物理评论快报》发表论文，给出了薄膜镍酸盐La₃Ni₂O₇在不同调控条件下的物态演变相图，并在相图中识别出所谓“超导穹顶”结构，这一特征常与非常规高温超导材料相关联。

论文资深作者聂岳峰在接受Phys.org采访时表示，该研究受到镍酸盐领域近期进展的推动，尤其是块体与应变薄膜La₃Ni₂O₇在高压条件下出现超导性的发现。在此背景下，团队希望补齐关键环节——相图，并检验这一双层系统是否存在“超导穹顶”。

薄膜制备与调控路径

研究团队指出，铜酸盐超导体的相图研究已较为丰富，显示出层状结构材料中多种竞争物态并存的复杂性。基于此，研究人员希望确认镍酸盐体系是否也呈现类似的相行为。

在材料制备方面，团队在能够压缩晶体结构的基底上生长La₃Ni₂O₇薄膜，并采用其早期工作中完善的反应性分子束外延（MBE）技术实现原子级精度的薄膜合成。聂岳峰称，镍酸盐薄膜的合成难度较高，需要严格控制生长过程。

为构建相图，研究人员使用两条并行的调控手段：一是通过锶（Sr）掺杂，逐步以锶替代样品中的部分镧原子，以调节电荷载流子数量；二是进行原位真空退火以控制氧空位，从而进一步改变薄膜的氧含量与电子行为。团队在不同条件下开展多种测量，并据此建立La₃Ni₂O₇薄膜的相图。

研究人员表示，鉴于多能带体系中掺杂密度的精确确定存在困难，团队以霍尔系数（R_H）作为关键指标来绘制完整相图。

“超导穹顶”与载流子转换信号

论文报告称，La₃Ni₂O₇薄膜相图中出现了“超导穹顶”。研究人员观察到，当霍尔系数发生符号转换时，材料的超导性达到峰值，指示主要载流子从空穴转变为电子。

聂岳峰表示，这一现象与电子掺杂铜基超导体中观察到的特征相似。研究团队据此指出，相关超导行为可能与费米面重构及电子对称性有关，呈现出与铜酸盐体系可对比的线索。

研究人员认为，该相图结果可为镍酸盐相关理论与基础物理描述提供参考。聂岳峰还表示，团队下一步计划利用角分辨光电子能谱（ARPES）在载流子转换过程中直接观测电子结构与费米面的变化。

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