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无限层镍基超导薄膜界面结构的电子显微学研究

李泊玉 胡柯钧 林仁菊 韩昆 黄振 葛炳辉 宋东升

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无限层镍基超导薄膜界面结构的电子显微学研究

李泊玉, 胡柯钧, 林仁菊, 韩昆, 黄振, 葛炳辉, 宋东升

Interface structures of superconducting infinite-layer nickelate film by electron microscopy

LI Boyu, HU Kejun, LIN Renju, HAN Kun, HUANG Zhen, GE Binghui, SONG Dongsheng
Article Text (iFLYTEK Translation)
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  • 无限层镍氧化物Nd0.8Sr0.2NiO2薄膜中超导电性的发现,建立了另一类非常规超导体,其结构和电子配对方式和铜氧化物超导体类似。不同于铜氧化物超导体的是,无限层镍氧化物仅在薄膜样品中观察到了超导性,其中界面结构、元素掺杂和无限层结构等因素是理解薄膜超导机制的关键。因此,薄膜与衬底之间的界面效应对超导机制的影响值得我们探究,然而目前对超导和非超导的镍氧化物Nd0.8Sr0.2NiOx薄膜界面结构的对比研究还没有报道过。本文基于扫描透射电镜技术,以Nd0.8Sr0.2NiO3/SrTiO3和Nd0.8Sr0.2NiO2/SrTiO3为主要研究对象,探究了镍氧化物Nd0.8Sr0.2NiOx薄膜在还原前后相分布和界面结构产生的变化,观测到界面处元素混合、原子台阶以及晶格常数变化等现象,同时发现了镍氧化物Nd0.8Sr0.2NiO2薄膜在靠近界面处1-2层单胞内未被完全还原成超导无限层结构。本研究强调了镍氧化物Nd0.8Sr0.2NiOx薄膜与衬底之间界面的原子重构及调制作用,为无限层镍基薄膜超导结构的研究提供了帮助。
    The discovery of superconductivity in infinite-layer nickelate Nd0.8Sr0.2NiO2 has established another type of unconventional superconductors, whose structure and electron pairing mechanism are similar to those of cuprate superconductors. Unlike cuprate superconductors, superconductivity in infinite-layer nickelates has only been observed in thin film samples, wherein heterointerface structures, elemental doping, and the infinite-layer configuration are critical for epitaxial systems. Therefore, the film-substrate interfacial effects require exploration for understanding superconductivity. However, comparative studies on the interfacial structures between superconducting and nonsuperconducting Nd0.8Sr0.2NiOx nickelate thin films have not been reported in the literature.
    This work focuses on Nd0.8Sr0.2NiO3/SrTiO3 and Nd0.8Sr0.2NiO2/SrTiO3 and utilizes scanning transmission electron microscopy (STEM) to conduct a detailed characterization of the phase distribution and interfacial structural variation in the superconducting and non-superconducting nickelate thin films. Further analysis of the corresponding atomic HAADF、 iDPC images and EDS maps reveals the phenomena such as elements mixing, atomic steps, and changes in lattice parameters at the interfaces. These results also show that in the Nd0.8Sr0.2NiO2 film, the first 1-2 unit cells near the interface have not been fully reduced to the superconducting infinite-layer structure. Such findings contribute to alleviating the strong polarity discontinuity at the sharp interface.
    This study emphasizes the atomic reconstruction and the modulation effect at the interface between the substrate and the film, enriching the understanding of the structural properties of the Nd0.8Sr0.2NiOx films, and providing crucial experimental evidence for understanding the interfacial structure of infinite-layer nickelates.
  • [1]

    Gu Q Q, Li Y Y, Wan S Y, Li H Z, Guo W, Yang H, Li Q, Zhu X Y, Pan X Q, Nie Y F, Wen H H 2020 Nat. Commun. 11 6027

    [2]

    Hepting M, Li D, Jia C J, Lu H, Paris E, Tseng Y, Feng X, Osada M, Been E, Hikita Y, Chuang Y D, Hussain Z, Zhou K J, Nag A, Garcia Fernandez M, Rossi M, Huang H Y, Huang D J, Shen Z X, Schmitt T, Hwang H Y, Moritz B, Zaanen J, Devereaux T P, Lee W S 2020 Nat. Mater. 19 381

    [3]

    Goodge B H, Geisler B, Lee K, Osada M, Wang B Y, Li D F, Hwang H Y, Pentcheva R, Kourkoutis L F 2023 Nat. Mater. 22 466

    [4]

    Anisimov V I, Bukhvalov D, Rice T M 1999 Phys. Rev. B 59 7901

    [5]

    Crespin M, Levitz P, Gatineau L 1983 J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2 79 1181

    [6]

    Hayward M A, Green M A, Rosseinsky M J, Sloan J 1999 J. Am. Chem. Soc. 121 8843

    [7]

    Li D F, Lee K, Wang B Y, Osada M, Crossley S, Lee H R, Cui Y, Hikita Y, Hwang H Y 2019 Nature 572 624

    [8]

    Li D F, Wang B Y, Lee K, Harvey S P, Osada M, Goodge B H, Kourkoutis L F, Hwang H Y 2020 Phys. Rev. Lett. 125 027001

    [9]

    Puphal P, Wu Y M, Fürsich K, Lee H, Pakdaman M, Bruin J A N, Nuss J, Suyolcu Y E, van Aken P A, Keimer B, Isobe M, Hepting M 2021 Sci. Adv. 7 eabl8091

    [10]

    Parzyck C T, Gupta N K, Wu Y, Anil V, Bhatt L, Bouliane M, Gong R, Gregory B Z, Luo A, Sutarto R, He F, Chuang Y D, Zhou T, Herranz G, Kourkoutis L F, Singer A, Schlom D G, Hawthorn D G, Shen K M 2024 Nat. Mater. 23 486

    [11]

    Li Q, He C P, Si J, Zhu X Y, Zhang Y, Wen H H 2020 Commun. Mater. 1 16

    [12]

    Wang B X, Zheng H, Krivyakina E, Chmaissem O, Lopes P P, Lynn J W, Gallington L C, Ren Y, Rosenkranz S, Mitchell J F 2020 Phys. Rev. Mater. 4 084409

    [13]

    Lee Y, Wei X, Yu Y J, Bhatt L, Lee K, Goodge B H, Harvey S P, Wang B Y, Muller D A, Kourkoutis L F, Lee W S, Raghu S, Hwang H Y 2025 Nat. Synth.

    [14]

    Sun H L, Huo M W, Hu X W, Li J Y, Liu Z J, Han Y F, Tang L Y, Mao Z Q, Yang P T, Wang B S 2023 Nature 621 493

    [15]

    Ko E K, Yu Y J, Liu Y D, Bhatt L, Li J R, Thampy V, Kuo C T, Wang B Y, Lee Y, Lee K, Lee J, Goodge B H, Muller D A, Hwang H Y 2025 Nature 638 935

    [16]

    Zhou G D, Lv W, Wang H, Nie Z H, Chen Y Q, Li Y Y, Huang H L, Chen W Q, Sun Y J, Xue Q K 2025 Nature 640 641

    [17]

    Bernardini F, Olevano V, Blase X, Cano A 2020 JPhys Mater. 3 035003

    [18]

    Geisler B, Pentcheva R 2020 Phys. Rev. B 102 020502

    [19]

    Zeng S W, Tang C S, Yin X M, Li C J, Li M S, Huang Z, Hu J X, Liu W, Omar G J, Jani H, Lim Z S, Han K, Wan D y, Yang P, Pennycook S J, Wee A T S, Ariando A 2020 Phys. Rev. Lett. 125 147003

    [20]

    Lee K, Goodge B H, Li D F, Osada M, Wang B Y, Cui Y, Kourkoutis L F, Hwang H Y 2020 APL Mater. 8 041107

    [21]

    Tokuda Y, Kobayashi S, Ohnishi T, Mizoguchi T, Shibata N, Ikuhara Y, Yamamoto T 2011 Appl. Phys. Lett. 99 033110

    [22]

    Bak J, Bae H B, Kim J, Oh J, Chung S Y 2017 Nano Lett. 17 3126

    [23]

    Goodge B H, Li D F, Lee K, Osada M, Wang B Y, Sawatzky G A, Hwang H Y, Kourkoutis L F 2021 Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 118 e2007683118

    [24]

    Reyren N, Thiel S, Caviglia A D, Kourkoutis L F, Hammerl G, Richter C, Schneider C W, Kopp T, Rüetschi A S, Jaccard D, Gabay M, Muller D A, Triscone J M, Mannhart J 2007 Science 317 1196

  • [1] 钟虓䶮, 李卓. 原子尺度材料三维结构、磁性及动态演变的透射电子显微学表征. 物理学报, doi: 10.7498/aps.70.20202072
    [2] 拱越, 谷林. 全固态电池中界面的结构演化和物质输运. 物理学报, doi: 10.7498/aps.69.20201160
    [3] 李超, 姚湲, 杨阳, 沈希, 高滨, 霍宗亮, 康晋锋, 刘明, 禹日成. 纳米材料及HfO2基存储器件的原位电子显微学研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.67.20180731
    [4] 黎栋栋, 周武. 二维原子晶体的低电压扫描透射电子显微学研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.66.217303
    [5] 刘梦溪, 张艳锋, 刘忠范. 石墨烯-六方氮化硼面内异质结构的扫描隧道显微学研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.64.078101
    [6] 贾艳丽, 杨桦, 袁洁, 于和善, 冯中沛, 夏海亮, 石玉君, 何格, 胡卫, 龙有文, 朱北沂, 金魁. 浅析电子型掺杂铜氧化物超导体的退火过程. 物理学报, doi: 10.7498/aps.64.217402
    [7] 王疆靖, 邵瑞文, 邓青松, 郑坤. 应变加载下Si纳米线电输运性能的原位电子显微学研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.63.117303
    [8] 路洪艳, 陈三, 刘保通. 铜氧化物超导体两能隙问题的电子拉曼散射理论研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.60.037402
    [9] 刘甦, 李斌, 王玮, 汪军, 刘楣. 铁基化合物 SrFeAsF以及 Co掺杂超导体SrFe0.875Co0.125AsF的电子结构和磁性. 物理学报, doi: 10.7498/aps.59.4245
    [10] 温才, 李方华, 邹进, 陈弘. AlSb/GaAs(001)失配位错的高分辨电子显微学研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.59.1928
    [11] 王玮, 孙家法, 刘楣, 刘甦. β型烧绿石结构氧化物超导体AOs2O6(A=K,Rb,Cs)电子能带结构的第一性原理计算. 物理学报, doi: 10.7498/aps.58.5632
    [12] 陈镇平, 张金仓, 程国生, 李喜贵, 章讯生. 金属氧化物超导陶瓷Y-123体系烧结过程与结构缺陷的正电子实验研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.50.550
    [13] 谭明秋, 陶向明. 高温超导体MgB2的电子结构研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.50.1193
    [14] 高义华, 张 泽, 阎明朗, 赖武彦. NiFe/Mo多层膜界面的电子显微学研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.47.765
    [15] 余超凡, 陈斌, 何国柱. 非含Cu氧化物超导体的超导电性机制. 物理学报, doi: 10.7498/aps.43.1152
    [16] 李贻杰, 熊光成, 甘子钊, 任琮欣, 邹世昌. Ar离子注入YBa2Cu3O7-x超导薄膜中微结构变化的透射电子显微镜研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.42.482
    [17] 赵建国, 李方华, 陈维, 解思深, 曹宁, 郑家祺. Nd-Ba-Cu-O高温超导体的高分辨电子显微术研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.38.508
    [18] 孔庆平, 王翔, 周浩, 倪群慧. 蠕变-疲劳交互作用的电子显微学研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.35.1091
    [19] 李方华, 汤栋. 高分辨电子显微学中的赝弱相位物体近似. 物理学报, doi: 10.7498/aps.33.1196
    [20] 孔庆平, 龙起易. 用电子显微镜透射方法研究一种镍基合金高温蠕变过程的位错结构. 物理学报, doi: 10.7498/aps.24.83
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  • 上网日期:  2025-04-19

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