近日，物理学院乔梁教授团队在物理学国际权威综述期刊Physics Reports上发表题为“High-temperature superconductivity and exotic physics in nickelate systems”的前瞻综述文章。该文章系统总结了近年来镍酸盐高温超导电性，尤其是Ruddlesden-Popper（RP）相镍酸盐体系在材料制备、晶体结构、氧缺陷、电子结构、磁性关联、薄膜常压超导和理论机制等方面的重要进展，并对该领域未来发展方向进行了展望。电子科技大学物理学院为论文完成单位，乔梁教授为通讯作者，陈玉、杨文博为共同第一作者。
高温超导是凝聚态物理和材料科学领域的重要前沿方向。自铜氧化物和铁基超导体被发现以来，寻找新的高温超导材料体系并揭示其微观配对机制，始终是国际学术界关注的核心问题。镍酸盐由于与铜氧化物在元素位置、晶体结构和电子构型方面具有一定相似性，被长期认为是探索非常规超导的重要候选体系。2019年，无限层镍酸盐薄膜中发现超导电性，开启了镍基超导研究的新阶段。2023年，双层RP相镍酸盐La3Ni2O7在高压下出现接近80 K的超导转变信号，使RP相镍酸盐迅速成为高温超导研究的新热点。
图1RP相镍酸盐超导电性研究现状与温度-压强相图。
RP相镍酸盐具有独特的层状结构和多轨道电子特征。不同于传统铜氧化物主要由单一3dx2-y2轨道主导，双层镍酸盐中Ni 3dx2-y2与3dz2轨道均可能参与低能电子态和超导配对，多轨道关联、层间耦合与强电子关联共同构成其核心物理图像。该综述系统梳理了RP相镍酸盐高温超导的主要进展，涵盖高压超导、晶体结构转变、RP相纯度、氧含量调控、电子结构、磁性关联以及常压薄膜超导等方面。文章指出，氧缺陷是影响超导性能的关键因素，氧空位会改变载流子浓度、Ni-O键合、3dz2轨道贡献、层间耦合和局域磁性，因此精确控制氧化学计量和缺陷分布对提升样品质量至关重要。在电子结构与磁性方面，文章综合比较了ARPES、光学谱、超快动力学、μSR、NMR、RIXS和INS等结果，强调多带费米面、轨道选择性关联、自旋密度波和层间超交换作用的重要性。其中，Ni 3dz2轨道是否穿越费米能级并参与配对，是当前争论的焦点。常压外延薄膜的发展则为直接探测超导态电子结构和配对机制提供了重要平台。
该综述指出，RP相镍酸盐超导研究仍面临若干关键挑战，包括如何在更低压力甚至常压下获得更高转变温度，如何提升样品相纯度和氧稳定性，如何明确Ni 3dz2轨道、层间耦合和磁性涨落在超导配对中的作用，以及如何通过应变、掺杂、界面和超晶格工程设计新的镍酸盐超导体。该工作为理解镍酸盐高温超导和相关奇异量子现象提供了系统参考，也为后续材料优化和机理研究提供了重要思路。
乔梁，电子科技大学物理学院教授，主要从事超导材料、低维量子材料与器件、新型能源材料等方向的研究，主持承担国家基金委青A项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项国家级和省部级科研项目，在Nature、Science、Nature Materials、Nature Communications、Advanced Materials、Physical Review Letters等国内外高水平期刊发表论文260余篇，多篇成果入选ESI高被引论文。
《Physics Reports》是由Elsevier公司主办的物理学期刊，创刊于1971年，是物理学领域公认的顶级综述期刊之一，最新影响因子为27.5。
论文信息：Yu Chen, Wenbo Yang, Minyi Xu, Jie Gong, Junlong Wu, Xiaofang Fu, WenXin Lv, Yusen Feng, Ke Zhang, Huaqian Leng, Liang Qiao*, High-temperature superconductivity and exotic physics in nickelate systems,Physics Reports1192, 1–53 (2026).
