[論文レビュー] Investigations of key issues on the reproducibility of high-Tc superconductivity emerging from compressed La3Ni2O7

Yazhou Zhou, Jing Guo+12 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2023

Rare-earth and actinide compounds被引用数 18

ひとこと要約

本論は La3Ni2O7 における圧力誘起超伝導性の再現性の問題を調査し、フィラメント様の超伝導性、その界面起源、および酸素含有量の役割を示す。

ABSTRACT

Recently, the signatures of superconductivity near 80 K have been discovered in the single crystal of La3Ni2O7 under pressure, which makes it a new candidate of the high-temperature superconductors dominated by 3d transition elements after the cuprate and iron-pnictide superconductors. However, there are several critical questions that have been perplexing the scientific community. These questions include (1) what factors contribute to the inconsistent reproducibility of the experimental results? (2) what is the fundamental nature of pressure-induced superconductivity: bulk or non-bulk (filamentary-like)? (3) where does the superconducting phase locate within the sample if it is filamentary-like? (4) is the oxygen content important for developing and stabilizing its superconductivity? In this study, we employ comprehensive high-pressure techniques to address these crucial issues. Through our modulated ac susceptibility measurements, we are the first to find that the superconductivity in this nickelate is filamentary-like. Our scanning transmission electron microscopy (STEM) investigations suggest that the filamentary-like superconductivity most likely emerges at the interface between the La3Ni2O7 and La4Ni3O10 phases. By tuning the oxygen content on the polycrystalline La3Ni2O7, we also find that the oxygen content plays vital role for developing and stabilizing its superconductivity. The upper and lower bounds of the oxygen content are 7.35 and 6.89, respectively. Our results provide not only new insights into understanding the puzzling issues in this material, but also significant information for achieving a better understanding on the superconductivity of this material.

研究の動機と目的

• 圧力下での La3Ni2O7 における高温超伝導性に関して報告された再現性の問題を動機づける。
• 超伝導性がバルクかフィラメント状か、サンプル内のどこに局在するかを特定する。
• 超伝導性に影響を与える構造的・化学的要因、特に相界面と酸素含有量を検討する。
• 管理された合成と加工を通じて超伝導性を安定化するための指針を提供する。

提案手法

• 超伝導性を探るために La3Ni2O7 試料に高圧技術を適用する。
• 変調された交流磁化率を用いて超伝導状態を特徴づける。
• 走査透過電子顕微鏡を実施して潜在的な超伝導領域を特定する。
• 多結晶 La3Ni2O7 の酸素含有量を調整・評価して超伝導性への影響を評価する。
• 特に La3Ni2O7 と La4Ni3O10 の間の相界面を超伝導性の潜在的な部位として特定する。
• 超伝導性に関連する酸素含有量の上限・下限を決定する（7.35 および 6.89）。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された圧力下の超伝導性はバルクかフィラメント状か？
• RQ2 存在する場合、サンプルのどこにフィラメント状超伝導性が局在するか？
• RQ3 実験間の再現性の不整合を調整する要因は何か？
• RQ4 酸素含有量は超伝導性の発展と安定化にどのように影響するか？
• RQ5 この材料で超伝導性を可能にする相界面の役割は何か？

主な発見

• 変調されたAC磁化率測定によれば、圧縮La3Ni2O7の超伝導性はフィラメント状のようである。
• STEM はフィラメント状の超伝導性が最も La3Ni2O7 と La4Ni3O10 相の界面で生じる可能性が高いことを示唆する。
• 酸素含有量は超伝導性の発展と安定化に大きく影響する。
• 超伝導性の探索された酸素含有量の範囲は 7.35（上限）および 6.89（下限）である。
• 本研究の知見は再現性の問題への対処と、このニッケレート材料における超伝導性の理解の進展に洞察を提供する。