（通讯员 向桥钞）3月6日，《今日材料》（Materials Today）在线发表了国家脉冲强磁场科学中心用户东南大学施智祥教授课题组题为“Pauli-limited upper critical field and anisotropic depairing effect of La_2.82Sr_0.18Ni₂O₇ superconducting thin film”的合作研究成果，在Ruddlesden-Popper（RP）型双层镍基超导薄膜中首次系统揭示了从二维超导到三维体相超导的维度演化行为，并发现了自旋顺磁效应对上临界场的各向异性限制机制。该研究依托脉冲强磁场设施，由施智祥教授与南京大学聂越峰教授团队领衔、中心朱增伟教授合作完成，中心博士生向桥钞开展了相关电输运测量。

RP型双层镍酸盐La₃Ni₂O₇是近年来高温超导领域的研究热点。尽管高压下块材已显示出超导电性，但极端条件限制了其机理研究与实际应用。近期通过薄膜外延技术，研究者已在常压下实现该类材料的超导电性，然而薄膜中的超导维度、上临界场行为及其对破坏机制仍不清晰，亟需系统研究。

针对上述挑战，研究团队成功制备了高质量La_2.82Sr_0.18Ni₂O₇外延薄膜（厚度约6nm），超导转变温度高达31.6K。研究发现，在超导转变温度附近，薄膜表现出二维超导特性；随着温度降低，c轴相干长度ξ_c逐渐缩短至低于膜厚，超导行为由二维过渡为三维体相超导。基于2D Ginzburg-Landau模型、单带WHH模型及双带模型的拟合分析，精确获得了面内上临界场57.1T（WHH模型），面外上临界场42.6T（双带模型）。由此推导出的相干长度分别为ξ_ab(0)≈2.78nm、ξ_c(0)≈2.07nm，均小于膜厚，进一步证实低温下体相超导特性。各向异性比γ在低温下趋近于1.34，与块材结果高度一致。尤为重要的是，面内上临界场在低温下被显著抑制，十分接近Pauli极限（58T），表明自旋顺磁对破坏效应主导了面内上临界场的限制；而面外上临界场则主要受轨道对破坏机制控制，显示出较小的各向异性比。角度依赖的上临界场测量进一步验证了从二维到三维的维度演化，为理解RP镍酸盐超导体的微观机制提供了关键实验证据。

图为La_2.82Sr_0.18Ni₂O₇薄膜的磁输运性质。(A,B)在高达16T的磁场下，电阻随温度的变化关系，磁场方向分别为（A）垂直于薄膜平面(H||c)和（B）平行于薄膜平面(H||ab)。(C,D)在不同温度下测量至58T的磁电阻曲线，磁场方向分别为H||c(C)和H||ab(D)。

该研究利用了脉冲强磁场设施提供的60T脉冲强磁场和16T湿式牛津变温输运测量条件，成功观测到面内上临界场接近Pauli极限的关键行为，为自旋顺磁效应主导的各向异性对破坏机制提供了直接证据。这一成果不仅深化了对层状镍酸盐超导体上临界场行为的理解，也展示了高质量薄膜体系在模拟高压物态、探索非常规超导机理方面的巨大潜力。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136970212600115X?via%3Dihub