中国科学家对镍基超导体的机理研究取得重大突破
近日，物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）刊登中山大学物理学院姚道新教授团队成果，在国际上首次提出了双层镍氧超导体的多轨道模型，并分析了其电磁性质。这一成果为对于理解新型镍基超导体的微观图像和超导机理起到了重要作用。这标志着，继全球率先发现新型双层镍氧化物超导体后，中国科学家又在其机理研究上做出领先成果。
超导材料具有绝对零电阻、完全抗磁性和宏观量子隧穿效应的特殊性质，具有重要的科学和应用价值，是国际上重要的科学前沿。此前，中山大学王猛教授团队首次发现液氮温区镍氧化物超导体La₃Ni₂O₇，引发学界新一轮高温超导研究热潮。
“其意义不仅在于这是继铜氧化物之后一种全新的高温超导体系，更在于通过比较研究，有可能推动科学家破解高温超导机理，设计新的更多的更容易应用的高温超导材料，进而实现更加广泛的应用。”王猛说，“那么对于其机理的后续研究就显得尤为重要。”
姚道新团队此次研究便是率先开始破译镍氧化物的超导机理。该论文率先利用密度泛函理论对高压相的双层镍氧超导体进行了系统性计算，建立了一个双层两轨道模型，准确地反映了费米面和电子能带，表明了层间的强关联特性，分析了镍氧化物超导配对的关键因素。在此基础上，团队进一步考虑了氧的轨道贡献，并提出了一个高能的11轨道模型，有助于分析镍的超交换过程和氧的掺杂效应。这对于理解双层镍氧超导体的微观图像和超导机理起到了十分重要的作用，为镍氧超导体从实验研究到后续的理论研究搭建了桥梁。
这篇论文正式发表之前，于今年5月在预印本文库arXiv上贴出，随后美国、中国、德国、瑞士、俄罗斯、日本等国家的科研团队都跟进了镍氧超导体的理论和实验研究，而几乎所有的研究都引用了姚道新团队的成果。在他们的理论模型基础上，有关科研团队开展了新型镍氧超导体的超导配对态、氧缺陷、强关联特性、掺杂效应等研究，使得该领域蓬勃发展。
中山大学物理学院博士研究生罗志辉、胡训武为论文的共同第一作者，姚道新教授为论文通讯作者，吴为副教授参与了理论工作，王猛教授进行了实验和理论的合作。团队的理论研究工作依托中山大学高等学术研究中心、物理学院公共科研平台和中子科学平台、广东省磁电物性分析与器件重点实验室、光电材料与技术国家重点实验室。计算工作依托中山大学国家超级计算广州中心。