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在高溫超導(dǎo)材料探索中，鎳基雙層鈣鈦礦材料La₃Ni₂O₇在高壓下展現(xiàn)出超越液氮溫區(qū)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，引起了廣泛關(guān)注。然而，高壓環(huán)境極大地限制了其基礎(chǔ)研究和應(yīng)用潛力。如何在常壓下實(shí)現(xiàn)液氮溫區(qū)超導(dǎo)是當(dāng)前領(lǐng)域面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

北京理工大學(xué)物理學(xué)院楊帆教授團(tuán)隊(duì)與合作者提出了一種創(chuàng)新性理論方案：在單雙層La₃Ni₂O₇薄膜中施加垂直方向的電場(chǎng)，有望在常壓下實(shí)現(xiàn)液氮溫區(qū)的高溫超導(dǎo)。該工作通過(guò)結(jié)合簡(jiǎn)化單軌道模型與完整雙軌道模型的強(qiáng)耦合理論研究，系統(tǒng)論證了這一方案的物理可行性。

如圖1所示意，研究團(tuán)隊(duì)提出，當(dāng)施加一個(gè)垂直于薄膜平面的電場(chǎng)時(shí)，高電勢(shì)層的電子會(huì)流向低電勢(shì)層。由于低電勢(shì)層中近乎半滿(mǎn)的Ni-3_dz2軌道難以容納更多電子，流入的電子主要填充N(xiāo)i-3d_x2-y2軌道。這一電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程抑制層間的s波配對(duì)，但顯著增強(qiáng)低電勢(shì)層內(nèi)的d波配對(duì)。理論計(jì)算驗(yàn)證該觀(guān)點(diǎn)，且表明，在層間施加約0.1~0.2伏特的電壓，便可使低電勢(shì)層內(nèi)3d_x2-y2軌道電子填充率接近銅氧化物高溫超導(dǎo)的最佳摻雜區(qū)域，其理論Tc可超過(guò)液氮溫度。

這項(xiàng)工作提出了一種不依賴(lài)高壓、通過(guò)電場(chǎng)調(diào)控實(shí)現(xiàn)液氮溫區(qū)超導(dǎo)的新物理機(jī)制，為高溫超導(dǎo)的探尋提供了一條極具潛力的新途徑。目前，該工作已被哈佛大學(xué)終身教授、美國(guó)科學(xué)院院士Ashvin Vishwanath等人關(guān)注與跟進(jìn)。

該論文發(fā)表在國(guó)際頂尖期刊《Nature Communications》上（Nat. Commun. 17:1120(2026)）。北京理工大學(xué)物理學(xué)院的博士研究生邵芷嫣和季嘉恒為論文共同第一作者，楊帆教授為論文唯一通訊作者。參與論文工作的還有中山大學(xué)姚道新教授和西湖大學(xué)吳從軍教授。

圖1 施加垂直電場(chǎng)前后的粒子數(shù)和超導(dǎo)配對(duì)情況示意。(a) 無(wú)電場(chǎng)時(shí)粒子數(shù)情況。(b) 無(wú)電場(chǎng)時(shí)主要超導(dǎo)配對(duì)構(gòu)型。(c) 有垂直電場(chǎng)時(shí)電子轉(zhuǎn)移情況。(d) 有垂直電場(chǎng)時(shí)主要超導(dǎo)配對(duì)構(gòu)型。

論文鏈接： https://doi.org/10.1038/s41467-025-67880-5

附作者簡(jiǎn)介：

楊帆，2004年加入北京理工大學(xué)物理系，2013年被聘為教授。研究方向?yàn)閺?qiáng)關(guān)聯(lián)和超導(dǎo)理論，在銅氧化物高溫超導(dǎo)、量子自旋液體、鐵基超導(dǎo)、魔角石墨烯關(guān)聯(lián)電子態(tài)、鎳基超導(dǎo)、準(zhǔn)晶電子態(tài)等領(lǐng)域作出一系列重要研究結(jié)果。七次承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，獲得教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才稱(chēng)號(hào)。在國(guó)際高水平刊物發(fā)表論文90余篇，其中包括在頂尖期刊《Phys. Rev. Lett.》上發(fā)表論文12篇，在《Phys. Rev. X》發(fā)表論文1篇，在《Nat. Commun.》發(fā)表論文2篇?？傄寐?500余次。