自无限层镍酸盐中首次发现超导性以来，镍氧化物材料因其独特物理机制与潜在高温超导特性，持续成为凝聚态物理领域的研究热点。2023年，双层镍酸盐La₃Ni₂O₇在高压（>14 GPa）条件下实现超导转变温度（T_c）突破80 K，跻身高温超导体家族，引发全球科研界高度关注。近期，研究人员通过在SrLaAlO₄（SLAO）衬底上制备La₃Ni₂O₇薄膜，首次在常压下观测到起始T_c超40 K的超导迹象，成功规避高压依赖，为镍基超导机制研究开辟了新路径。然而，该体系薄膜制备仍面临多重挑战：Ruddlesden-Popper（RP）相堆叠缺陷频发、氧含量敏感度极高，且此前报道的(La,Pr)₃Ni₂O₇超导薄膜厚度均低于6.6 nm，暴露在大气环境中超导性能急剧退化，严重制约了其研究、应用潜力。

图1. 不同厚度镍氧化物薄膜的超导电性

 在本项研究中，团队通过持续优化脉冲激光沉积（PLD）工艺，成功制备出系列厚度梯度（3.5-23.5 nm）的LaPr₂Ni₂O₇超导薄膜。实验表明，所有样品均呈现超导电性，其中最优样品起始T_c达44 K。通过角度依赖的临界磁场测量与磁通涡旋各向异性分析，证实薄膜具有典型的二维超导特性。结构表征与输运测量揭示，LaPr₂Ni₂O₇薄膜中RP327纯相仅存在于界面上方10 nm范围内，而更厚薄膜表面自发形成(La,Pr)₄Ni₃O₁₀保护层，这一意外结果却显著提升了薄膜在大气环境下的超导稳定性。此外，通过非原位覆盖非晶氧化物薄膜，可以进一步抑制超导退化：3-4 nm超薄样品稳定性提升超10倍；10 nm以上样品在大气环境中可稳定维持超导电性逾100天。这些发现深化了对镍基常压超导薄膜微观形成机制的理解，更为通过界面工程优化超导性能指明了方向。

图2. LaPr₂Ni₂O₇超导薄膜的临界厚度与长期环境稳定性

该研究成果近日发表于《Advanced Materials》上。论文第一作者包括浙江大学物理学院博士生师月鑫、宋晨耀、王彦智以及中科院物理所研究生贾英泽。浙大物理学院谢燕武教授、袁辉球教授、物理学院博士后张蒙和中科院物理所陈震研究员为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划、中国博士后科学基金、量子科学与技术创新计划等的大力支持。

文章信息：

Yuexin Shi#, Chenyao Song#, Yingze Jia#, Yanzhi Wang#, Qi Li, Ye Chen, Yue Yang, Junchi Fu, Ming Qin, Dongsheng Song, Zhen Chen*, Huiqiu Yuan*, Yanwu Xie*, Meng Zhang*. Critical Thickness and Long-Term Ambient Stability in Superconducting LaPr₂Ni₂O₇ Films. Adv. Mater., e10394 (2025)

文章链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202510394