高温高压光学浮区法单晶炉助力镍酸盐Pr4Ni3O8材料取得新进展

发布日期：2023-03-06

超导材料和性质的研究一直是当前凝聚态物理领域的热点之一，自从上个世纪在铜氧化物或酮酸盐中发现高温超导以来，关于其他类铜氧化物材料及其高温超导电性的研究也从未停止过。由于镍在元素周期表中处于铜的邻近位置，二者在性质上有些共同之处，因此镍氧化物或镍酸盐也常被认为是一种极具潜力的高温超导备选材料。

2019年平面镍酸盐中超导性的发现再次向人们提出了Ni¹⁺化合物和Cu²⁺铜酸盐两种超导体的电子结构和相关性对比研究问题。近期，Haoxiang Li等人^[1]对三层镍酸盐Pr₄Ni₃O₈做了角分辨光电子能谱（ARPES）研究，研究表明Pr₄Ni₃O₈具有类似于空穴掺杂铜酸盐的费米面，二者类似但却又非常不同。具体来说，Pr₄Ni₃O₈费米面的主要部分与双层铜酸盐的主要部分非常相似，但Pr₄Ni₃O₈的费米面还有一个额外的部分可以容纳额外的空穴掺杂。Haoxiang Li等人发现镍酸盐中的电子相关性大约是铜酸盐的两倍，并且几乎与k无关，这表明其起源于局域效应，可能是莫特相互作用；而铜酸盐中的相互作用则不那么局域化。尽管如此，镍酸盐仍然表现出电子散射率中的奇异金属行为。了解这两个强相关超导体家族之间的异同极具挑战性。关于该项工作的更多研究内容可参考文献^[1]。

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

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

Haoxiang Li等人在该项研究中所用的Pr₄Ni₃O₈单晶样品是在德国ScIDre公司的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶生长设备中制备获得（O₂气氛，140 bar压力）。德国ScIDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉可实现高达3000℃及以上的生长温度，晶体生长腔压力可达300 bar，可实现10^-5 mbar的高真空环境，适用于生长各种超导材料、介电材料、磁性材料、电池材料等各种氧化物及金属间化合物单晶生长。

德国ScIDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉外观图

[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