[논문 리뷰] Observation of high-temperature superconductivity in the high-pressure tetragonal phase of La2PrNi2O7-δ

Gang Wang, Ningning Wang외 15명|arXiv (Cornell University)|2023. 11. 14.

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 La2PrNi2O7-δ의 고압 사방정계 I4/mmm 위상에서 약 10 GPa 이상에서 고온 초전도성이 나타남을 보고하며, 15 GPa에서 Tc_onset 78.2 K 및 Tc_zero 40 K를 보이고, 관련 화합물의 직교상과 차별된다. 이는 cuprate와 유사한 대칭성을 갖는 닐레이트 플랫폼을 새로 제시하여 초전도 기작을 탐구하는 데 기여한다.

ABSTRACT

The recent discovery of high-temperature superconductivity in the Ruddlesden-Popper phase La3Ni2O7 under high pressure marks a significant breakthrough in the field of 3d transition-metal oxide superconductors. For an emerging novel class of high-Tc superconductors, it is crucial to find more analogous superconducting materials with a dedicated effort toward broadening the scope of nickelate superconductors. Here, we report on the observation of high-Tc superconductivity in the high-pressure tetragonal I4/mmm phase of La2PrNi2O7 above ~10 GPa, which is distinct from the reported orthorhombic Fmmm phase of La3Ni2O7 above 14 GPa. For La2PrNi2O7, the onset and the zero-resistance temperatures of superconductivity reach Tconset = 78.2 K and Tczero = 40 K at 15 GPa. This superconducting phase shares the samilar structural symmetry as many cuprate superconductors, providing a fresh platform to investigate underlying mechanisms of nickelate superconductors.

연구 동기 및 목표

• 고압에서 cuprate 유사 구조 대칭성을 갖는 닐레이트 초전도체를 탐색하려는 동기 부여.
• La2PrNi2O7-δ의 초전도성과 압력에 따른 위상 변화를 증명하고 맵핑한다.
• 고압 사방정계 위상이 초전도성에 미치는 구조적 영향을 이해하기 위해 관련 닐레이트의 알려진 위상과 비교한다.

제안 방법

• 10 GPa를 넘는 고압 합성/측정을 통해 사방정계 I4/mmm 위상을 안정화한다.
• 전기 전도도 측정을 통해 발현 온도와 저항 0 상태 온도를 식별한다.
• 구조 특성화를 통해 위상 대칭성과 초전도성과의 관계를 규명한다.
• La3Ni2O7의 직교 Fmmm 위상과의 비교를 통해 위상 의존적 초전도성을 강조한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고압 사방정계 대칭에서 La2PrNi2O7-δ의 고온 초전도성이 안정화될 수 있는가?
• RQ2 이 위상에서 압력의 함수로 발현 온도 및 저항 0 온도는 무엇인가?
• RQ3 사방정 위상이 닐레이트계 초전도에서 cuprate와 유사한 초전도성과 어떤 관련이 있는가?
• RQ4 이 위상은 더 높은 압력에서 관찰되는 La3Ni2O7의 직교 위상과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 고압 사방정 I4/mmm 위상에서 La2PrNi2O7-δ의 초전도성이 약 10 GPa 이상에서 관찰된다.
• 15 GPa에서 Tc_onset = 78.2 K 및 Tc_zero = 40 K이다.
• 초전도 위상은 많은 cuprate 초전도체와 유사한 구조 대칭성을 공유한다.
• 이 위상은 14 GPa를 넘을 때 나타나는 La3Ni2O7의 직교 Fmmm 위상과 구별된다.
• 본 연구는 La2PrNi2O7-δ를 닐레이트 초전도체 연구와 그 기작에 대한 새로운 플랫폼으로 부각시킨다.