高溫高壓光學(xué)浮區(qū)法單晶爐助力鎳酸鹽Pr4Ni3O8材料取得新進(jìn)展

      超導(dǎo)材料和性質(zhì)的研究一直是當(dāng)前凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，自從上個(gè)世紀(jì)在銅氧化物或酮酸鹽中發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)以來，關(guān)于其他類銅氧化物材料及其高溫超導(dǎo)電性的研究也從未停止過。由于鎳在元素周期表中處于銅的鄰近位置，二者在性質(zhì)上有些共同之處，因此鎳氧化物或鎳酸鹽也常被認(rèn)為是一種很有潛力的高溫超導(dǎo)備選材料。

      2019年平面鎳酸鹽中超導(dǎo)性的發(fā)現(xiàn)再次向人們提出了Ni¹⁺化合物和Cu²⁺銅酸鹽兩種超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)和相關(guān)性對比研究問題。近期，Haoxiang Li等人^[1]對三層鎳酸鹽Pr₄Ni₃O₈做了角分辨光電子能譜（ARPES）研究，研究表明Pr₄Ni₃O₈具有類似于空穴摻雜銅酸鹽的費(fèi)米面，二者類似但卻又非常不同。具體來說，Pr₄Ni₃O₈費(fèi)米面的主要部分與雙層銅酸鹽的主要部分非常相似，但Pr₄Ni₃O₈的費(fèi)米面還有一個(gè)額外的部分可以容納額外的空穴摻雜。Haoxiang Li等人發(fā)現(xiàn)鎳酸鹽中的電子相關(guān)性大約是銅酸鹽的兩倍，并且?guī)缀跖ck無關(guān)，這表明其起源于局域效應(yīng)，可能是莫特相互作用；而銅酸鹽中的相互作用則不那么局域化。盡管如此，鎳酸鹽仍然表現(xiàn)出電子散射率中的奇異金屬行為。了解這兩個(gè)強(qiáng)相關(guān)超導(dǎo)體家族之間的異同很有挑戰(zhàn)性。關(guān)于該項(xiàng)工作的更多研究內(nèi)容可參考文獻(xiàn)^[1]。

Crystal structure and Fermi surface of Pr₄Ni₃O₈  圖片引自^[1]

Comparing electronic correlation effects of Pr₄Ni₃O₈ and cuprates 圖片引自^[1]

      Haoxiang Li等人在該項(xiàng)研究中所用的Pr₄Ni₃O₈單晶樣品是在德國ScIDre公司的HKZ系列高溫高壓光學(xué)浮區(qū)法單晶生長設(shè)備中制備獲得（O₂氣氛，140 bar壓力）。德國ScIDre公司推出的HKZ系列高溫高壓光學(xué)浮區(qū)法單晶爐可實(shí)現(xiàn)高達(dá)3000℃及以上的生長溫度，晶體生長腔壓力可達(dá)300 bar，可實(shí)現(xiàn)10^-5 mbar的高真空環(huán)境，適用于生長各種超導(dǎo)材料、介電材料、磁性材料、電池材料等各種氧化物及金屬間化合物單晶生長。

德國ScIDre公司推出的HKZ系列高溫高壓光學(xué)浮區(qū)法單晶爐外觀圖

[1] Electronic structure and correlations in planar trilayer nickelate Pr₄Ni₃O₈ Li H, Hao P, Zhang J, Gordon K, Linn AG, Chen X, Zheng H, Zhou X, Mitchell JF, Dessau DS. Sci. Adv. 9, eade4418 (2023) 13 January 2023   Doi: 10.1126/sciadv.ade4418

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