近年来，双层镍氧化物La3Ni2O7在高压下表现出80 K的超导转变温度，已成为高温超导领域的重要研究体系。然而，其超导性对样品中的氧含量与氧分布高度敏感：氧空位会抑制超导，高氧压退火虽可提高氧含量并增强金属性，但也可能会削弱超导性。因此，氧缺陷调控该体系超导的物理过程与微观机制仍有待进一步厘清。
近日，西安交通大学物理学院蒋沛恒副教授课题组联合南京大学卢毅教授、王强华教授团队，围绕双层镍氧化物超导体La3Ni2O7+δ中氧缺陷对超导性的调控机制开展理论计算研究。研究团队采用密度泛函理论、动力学平均场理论和重整化群等方法，系统分析了氧缺陷的形成与分布位置、缺陷对电子关联和相干性的影响，以及由此引发的超导性质的变化。
研究发现，内顶点位氧空位和双层之间的间隙氧是La3Ni2O7中具有代表性的低能氧缺陷。正交畴壁会改变缺陷形成能，使氧空位倾向于在畴壁附近稳定，而间隙氧则更倾向于聚集在畴壁之间的体相区域。这种缺陷与畴结构的协同作用，可能带来不同空间尺度的氧分布不均匀性，为实验中观察到的条纹状结构和电导变化提供了微观解释。
氧空位和间隙氧以不同方式抑制超导：氧空位破坏局部Ni–O–Ni杂化并产生局域磁矩；无序分布时还会降低电子相干性，促使体系趋向安德森局域化。间隙氧富集区仍呈金属态，但额外氧会削弱电子关联和自旋涨落，从而显著降低超导配对倾向。这一双重机制解释了退火改善平均氧含量却未必增强超导的现象：退火去除氧空位的同时，也可能促使间隙氧富集。研究提出，可通过调节晶格应变、优化退火条件和去孪晶，减弱缺陷富集及其对超导的不利影响。
相关成果近日发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)，并被遴选为Editors’ Suggestion。西安交通大学物理学院蒋沛恒副教授为论文第一作者，南京大学博士生李捷、曹宇晗为共同第一作者，南京大学卢毅教授、王强华教授为共同通讯作者。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1103/vhgl-lpwv
蒋沛恒副教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/jiangph/
