高溫高壓光學浮區法單晶爐助力鎳酸鹽Pr4Ni3O8材料取得新進展

      超導材料和性質的研究一直是當前凝聚態物理領域的熱點之一，自從上個世紀在銅氧化物或酮酸鹽中發現高溫超導以來，關于其他類銅氧化物材料及其高溫超導電性的研究也從未停止過。由于鎳在元素周期表中處于銅的鄰近位置，二者在性質上有些共同之處，因此鎳氧化物或鎳酸鹽也常被認為是一種很有潛力的高溫超導備選材料。

      2019年平面鎳酸鹽中超導性的發現再次向人們提出了Ni¹⁺化合物和Cu²⁺銅酸鹽兩種超導體的電子結構和相關性對比研究問題。近期，Haoxiang Li等人^[1]對三層鎳酸鹽Pr₄Ni₃O₈做了角分辨光電子能譜（ARPES）研究，研究表明Pr₄Ni₃O₈具有類似于空穴摻雜銅酸鹽的費米面，二者類似但卻又非常不同。具體來說，Pr₄Ni₃O₈費米面的主要部分與雙層銅酸鹽的主要部分非常相似，但Pr₄Ni₃O₈的費米面還有一個額外的部分可以容納額外的空穴摻雜。Haoxiang Li等人發現鎳酸鹽中的電子相關性大約是銅酸鹽的兩倍，并且幾乎與k無關，這表明其起源于局域效應，可能是莫特相互作用；而銅酸鹽中的相互作用則不那么局域化。盡管如此，鎳酸鹽仍然表現出電子散射率中的奇異金屬行為。了解這兩個強相關超導體家族之間的異同很有挑戰性。關于該項工作的更多研究內容可參考文獻^[1]。

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

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

      Haoxiang Li等人在該項研究中所用的Pr₄Ni₃O₈單晶樣品是在德國ScIDre公司的HKZ系列高溫高壓光學浮區法單晶生長設備中制備獲得（O₂氣氛，140 bar壓力）。德國ScIDre公司推出的HKZ系列高溫高壓光學浮區法單晶爐可實現高達3000℃及以上的生長溫度，晶體生長腔壓力可達300 bar，可實現10^-5 mbar的高真空環境，適用于生長各種超導材料、介電材料、磁性材料、電池材料等各種氧化物及金屬間化合物單晶生長。

德國ScIDre公司推出的HKZ系列高溫高壓光學浮區法單晶爐外觀圖

[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

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