近日，Science Advances期刊报道了bw必威西汉姆联官网聂越峰教授课题组、中国科学技术大学沈大伟教授课题组及上海纽约大学陈航晖教授课题组在无限层镍基超导薄膜动量分辨电子结构表征方面取得的重要研究进展，为进一步理解这类新型非常规超导体的机理研究提供关键实验信息。
无限层镍氧化物超导体具有与铜基高温超导体相似的晶格及电子结构，为揭示非常规超导机理提供了重要新机遇。然而，由于材料制备的挑战，该类薄膜的表面质量难以满足角分辨光电子能谱（ARPES）的要求，导致在这种超导材料发现近5年来，始终缺乏对其动量分辨电子能带结构的实验表征，而这一信息对理解其超导机理至关重要。在前期的工作中，研究团队利用自主搭建的氢原子原位还原系统，通过系统探索，成功制备出具有高表面质量的La0.8Sr0.2NiO2超导薄膜(Adv. Mater. 36, 240132 (2024))。基于此重要进展，研究团队利用基于同步辐射光源的角分辨光电子能谱，取得La0.8Sr0.2NiO2超导薄膜中动量分辨电子结构表征的重要结果。
图1 (A) 无限层镍氧化物超导体的费米面结构示意图；(B) La0.8Sr0.2NiO2薄膜输运性质表征；(C-F) 费米面结构的实验表征。
研究结果表明，无限层镍基超导体的费米面主要由Ni 3dx2-y2轨道主导的准二维能带，以及La 5d和间隙s轨道所形成的三维能带（称为导带）构成。其中，Ni 3dx2-y2电子态呈现出显著的质量增强效应（m*/mDFT = 2-3），显示其存在较强的电子关联效应，这一结果与铜基超导体类似。同时，该电子态在高结合能位置存在色散异常，与铜基超导体中“瀑布型”色散相似，其来源有待进一步验证。除此之外，Ni-dx2-y2轨道呈现出明显的kz依赖特性，从空穴型（kz = 0）逐渐转变为电子型（kz = π），这与铜基超导体存在显著不同。与理论计算相符，除Ni-dx2-y2轨道外，布里渊区边角上还观测到由导带产生的电子型口袋，但该电子口袋基本不存在质量增强效应，显示其电子关联效应较弱。本工作展示了无限层镍基超导体与铜基超导体存在明显的异同，为镍基超导机理的研究提供了关键的实验信息。
相关成果以“Electronic Structure of Superconducting Infinite-Layer Lanthanum Nickelates”为题发表在国际期刊Science Advances (Sci. Adv. 11, eadr5116 (2025))。Betway必威西汉姆联博士生孙文杰、浩波，中国科学技术大学江志诚博士，上海纽约大学夏程亮博士为该论文的共同第一作者。上海纽约大学陈航晖教授，中国科学技术大学沈大伟教授，bw必威西汉姆联官网聂越峰教授为论文的通讯作者。
