Tədqiqat atomik qat düzülüşü idarə olunan dörd Ruddlesden–Popper nikelat nazik film superstrukturunu —1212, 2222, 1313 və 2323— eyni sıxıcı epitaksial gərginlik altında müqayisə edərək hansı elektron quruluş xüsusiyyətlərinin superkeçiriciliklə birlikdə ortaya çıxdığını araşdırır. Gigantic-oxidative atomic-layer-by-layer epitaxy (GAE) ilə istehsal edilən filmlər elektrik daşıması, iki-sarım qarşılıqlı induktans, STEM/EDS/XRD və bucaq-həllolunan fotoelektron spektroskopiyası (ARPES) ilə analiz edildi. 1212 və 2222 quruluşlarında superkeçirici keçid təxminən 50 K-də, 2323 quruluşunda təxminən 46 K-də başlayarkən 1313 filmdə superkeçiricilik müşahidə edilmədi. Ən aydın elektron fərq Ni \(d_{z^2}\) xarakterli γ zolağının Fermi səviyyəsinə görə mövqeyidir: superkeçirici 1212 və 2222 quruluşlarında γII zolağı M̅ nöqtəsi ətrafında deşik-bənzər Fermi cibi yaradarkən, superkeçirici olmayan 1313 quruluşunda düz γIII zolağının zirvəsi Fermi səviyyəsinin təxminən 70 meV altında qalır. 2323 quruluşu isə hər iki γ zolağını birlikdə daşıyır. Tapıntılar bu elektron quruluşun superkeçiriciliklə güclü şəkildə əlaqəli olduğunu göstərir; lakin γ zolağının mövqeyi təkbaşına superkeçiriciliyin mikroskopik səbəbinin sübutu deyil.

Elektrik daşıması ilə maqnit cavabın birlikdə qiymətləndirilməsi vacibdir. 1212, 2222 və 2323 filmlərində yalnız müqavimət azalması deyil, iki-sarım qarşılıqlı induktans ölçmələri ilə Meissner diamagnetik cavabı da müşahidə edilmişdir. 1212, 2222 və 2323 quruluşlarında müqavimət müvafiq olaraq təxminən 30 K, 25 K və 3,5 K-də eksperimental səs-küy səviyyəsinin altına düşür. 2323 quruluşu əlavə olaraq təxminən 18 K ətrafında ikinci bir keçid xüsusiyyəti göstərir və təkrar ölçmələrdə bu ikinci xüsusiyyət təxminən 10–20 K aralığında görünür. Tədqiqatçılar bunu iki superkeçirici komponentin mövcudluğu ilə uyğun davranış kimi şərh edirlər; bunun ətraflı mikroskopik mənşəyi birbaşa sübut edilmiş deyil.

Türkiyə baxımından mənası: Tədqiqat Türkiyədə aparılmamışdır və birbaşa Türkiyəyə köçürüləcək tətbiq performansı və ya sənaye miqyaslı nəticə vermir. Bununla birlikdə atomik dəqiqlikli oksid nazik film böyütmə, sinxrotron əsaslı ARPES, inkişaf etmiş elektron mikroskopiyası və kvant material xarakterizasiyası baxımından Türkiyədəki sıx maddə fizikası, nanomaterial və qabaqcıl nazik film tədqiqatları üçün metodoloji cəhətdən əhəmiyyət daşıyır. Nəticələrin Türkiyə laboratoriyalarında yenidən istehsal edilə bilməsi; eyni səviyyədə kation/oksigen stexiometriyasına nəzarət, uyğun SrLaAlO4 bənzəri altlıq şərtləri, kriogen ultra-yüksək vakuum ötürməsi və yüksək ayırdetməli elektron quruluş ölçmələrini tələb edir. Tədqiqat nikelat nazik filmlərinin yaxın müddətdə enerji ötürülməsi və ya kommersiya superkeçirici cihazlarda istifadə oluna biləcəyini göstərmir.

Tədqiqatın əsas sualı nədir?

Ruddlesden–Popper (RP) nikelatlar yüksək temperatur superkeçiriciliyinin elektron mənşəyini araşdırmaq üçün mühüm material ailəsidir. Bu sistemlərdə Ni \(d_{x^2-y^2}\) orbitalına əlavə olaraq Ni \(d_{z^2}\) orbitalının da aşağı enerjili elektron quruluşa qatılması onları tək dominant zolaq yanaşması ilə izah edilən sistemlərdən ayırır. Tədqiqatın mərkəzindəki sual fərqli atomik qat düzülüşlərinin yaratdığı Fermi səthlərinin superkeçiriciliyin ortaya çıxması ilə necə bağlı olduğudur.

Bu suala yalnız fərqli kimyəvi birləşmələri müqayisə edərək cavab vermək çətindir; çünki tərkib, gərginlik, oksigen miqdarı, film keyfiyyəti və səth vəziyyəti eyni anda dəyişə bilər. Tədqiqatçılar bunun əvəzinə eyni SrLaAlO4 altlığı üzərində, oxşar La:Pr nisbəti və eyni tip sıxıcı epitaksial gərginlik altında dörd idarə olunan qat arxitekturası hazırladılar. Beləliklə 1212, 2222, 1313 və 2323 quruluşları arasında mümkün qədər birbaşa müqayisə həyata keçirildi.

Dörd atomik arxitektura necə ayrılır?

1212 quruluşu tək qat və ikiqat qat bloklarının növbəli düzülüşündən ibarət \((La,Pr)_5Ni_3O_{11}\) superstrukturudur. 2222 saf ikiqat-qatlı RP quruluşudur və \((La,Pr)_3Ni_2O_7\) tərkibinə malikdir. 1313 quruluşunda tək qat ilə üçqat qat blokları növbəlidir; diqqətəlayiq şəkildə kimyəvi tərkibi 2222 ilə eynidir, yəni \((La,Pr)_3Ni_2O_7\)-dir. Bu vəziyyət 2222 ilə 1313 arasındakı müqayisəni xüsusilə dəyərli edir: kimyəvi tərkib eyni olduğu halda qat düzülüşü fərqlidir. 2323 isə ikiqat qat ilə üçqat qat bloklarını birləşdirən \((La,Pr)_7Ni_5O_{17}\) superstrukturudur.

STEM-HAADF görüntüləri bu fərqli qat düzülüşlərini atomik miqyasda birbaşa göstərir. Atomik ayırdetməli EDS xəritələri elementlərin gözlənən qat paylanmasını dəstəkləyərkən, XRD ölçmələri filmlərin yüksək kristal keyfiyyətini və makroskopik miqyasda aydın ikinci fazanın olmadığını göstərir. Difraksiya piklərinin ətrafındakı Kiessig saçaqları hamar səth və kəskin interfeyslərlə uyğundur.

1212 quruluşunun düzlem-dışı qəfəs sabiti 16,78 Å olaraq müəyyən edilmişdir; bu dəyər çalışmada verilən 16,575 Å-lıq bulk dəyərindən təxminən %1 daha uzundur. STEM-HAADF analizi film boyunca təxminən %2 düzlem-içi sıxıcı gərginliyə işarə edir. 2222, 1313 və 2323 quruluşlarının düzlem-dışı qəfəs sabitləri müvafiq olaraq 20,75 Å, 20,57 Å və 24,63 Å olaraq verilmişdir.

Hansı quruluşlarda superkeçiricilik görüldü?

1212, 2222 və 2323 filmləri superkeçirici davranış göstərmiş; 1313 filmi isə eyni eksperimental kontekstdə superkeçirici olmamışdır. Müqavimət əyrisinin normal vəziyyətdəki xətti davranışdan ayrıldığı nöqtə \(T_{c,\mathrm{onset}}\) olaraq tanımlandığında təxmini dəyərlər 1212 üçün 50 K, 2222 üçün 50 K və 2323 üçün 46 K-dir. Tədqiqatçılar bu dəyərlərin McMillan sərhədini aşdığını bildirirlər.

Müqavimət ölçməsi təkbaşına istifadə edilməmişdir. 1212, 2222 və 2323 filmlərində iki-sarım qarşılıqlı induktans üsulu ilə diamagnetik Meissner cavabı da əldə edilmişdir. Beləliklə aşağı müqavimət ilə superkeçirici maqnit cavab bir-birini dəstəkləyən iki müstəqil eksperimental göstərici kimi istifadə edilmişdir.

2323 quruluşundakı iki mərhələli keçid nə ifadə edir?

2323 superstrukturunun müqavimət əyrisi digər superkeçirici nümunələrdən ayrılan bir xüsusiyyət daşıyır. Təxminən 46 K-dəki əsas başlanğıc keçidinə əlavə olaraq təxminən 18 K ətrafında ikinci bir keçid görülür. Bir neçə 2323 filmində bu ikinci xüsusiyyət təxminən 10–20 K aralığında təkrarlanmışdır.

Temperaturdan asılı yuxarı kritik sahə və bucaqlı daşıma analizləri də 2323 quruluşunun 1212 və 2222-dən fərqli davrandığına işarə edir. Çalışmada 2323 üçün \(B_{c,50\%}\) verilərinin iki mərhələli quruluşu Gurevich iki-zolaq modeli ilə ələ alınarkən 1212 üçün Ginzburg–Landau yanaşması istifadə olunur. Tədqiqatçıların mümkün izahına görə üçqat-qat ara blokları ikiqat-qat blokları arasındakı qlobal faza uyğunluğunu zəiflədə bilər və tam sıfır müqavimət vəziyyətinin yaranması, üçqat qatlar üzərindən yaxınlıq təsiri ilə bağlanan superkeçirici komponentlərə dayana bilər.

Bu izah çalışmanın birbaşa ölçülmüş nəticəsi deyil, müşahidə olunan iki mərhələli daşıma davranışını izah etmək üçün təqdim edilmiş fiziki şərhdir. Tədqiqat bu mexanizmi müstəqil mikroskopik eksperimentlə qəti olaraq təsdiqləmir.

Fermi səthindəki kritik fərq nədir?

ARPES ölçmələrində superkeçirici 1212, 2222 və 2323 quruluşlarında Brillouin zonası mərkəzi Γ̅ ətrafında elektron-bənzər α cibi, zona küncü M̅ ətrafında deşik-bənzər β cibi və əlavə olaraq M̅ ətrafında müəyyən γ komponenti görünür. Superkeçirici olmayan 1313 filmdə α və β quruluşları qorunarkən Fermi səthindəki γ cibi yox olur.

1212 və 2222 filmlərində γII zolağı Fermi səviyyəsinə qədər yüksələrək M̅ ətrafındakı deşik-bənzər Fermi səthi quruluşuna qatılır. Buna qarşılıq 1313 quruluşunda 153 eV foton enerjisi ilə alınan ARPES spektrlərində γIII zolağı olduqca düz bir zolaq kimi görünür və zolaq zirvəsi Fermi səviyyəsi \(E_F\)-in təxminən 70 meV altında qalır.

2323 quruluşu bu müqayisənin ən diqqətəlayiq nümunəsidir. Superkeçirici 2323 filmdə iki ayrı γ zolağı həll edilir: γII, 1212 və 2222-dəkinə bənzər şəkildə Fermi səthinə qatılarkən; γIII, 1313-dəkinə bənzər şəkildə Fermi səviyyəsinin altında qalır. Tədqiqatçılar mövcud gərginlik və oksidləşmə şərtlərində γII xüsusiyyətini ikiqat-qat blokları ilə, γIII xüsusiyyətini isə üçqat-qat blokları ilə əlaqələndirən bir şərh təklif edirlər.

γ zolaqlarının orbital mənşəyi necə müəyyən edildi?

2323 filmində M̅–Γ̅–M̅ istiqamətində 103 eV fotonlarla xətti üfüqi (LH) və xətti şaquli (LV) polarizasiya istifadə edilərək ARPES ölçmələri aparılmışdır. Ölçmə geometriyasının matris elementi seçiciliyi LV polarizasiyasında \(d_{z^2}\) orbital töhfəsinin daha aydın hala gəlməsini təmin edir. Polarizasiya ilə dəyişən spektral intensivliklər α/β zolaqlarının əsasən Ni \(d_{x^2-y^2}\), γ zolaqlarının isə Ni \(d_{z^2}\) xarakteri ilə əlaqəli olduğunu dəstəkləyir.

LV polarizasiyasında α/β intensivliyinin tamamilə yox olmaması tədqiqatçılar tərəfindən hibridləşmiş oksigen p orbitallarının töhfəsi ilə əlaqələndirilir. 1212 və 2222 filmlərinin polarizasiya ölçmələri də oxşar orbital seçicilik göstərərkən bu quruluşlarda Fermi səviyyəsinin altında ayrıca düz γIII zolağı görünmür.

“Waterfall” bənzəri xüsusiyyət nə deməkdir?

1313 ARPES spektrində M̅ yaxınlığında daha yüksək bağlanma enerjilərinə uzanan güclü, demək olar ki, şaquli spektral intensivlik görünür. Tədqiqatçılar bunu γ düz zolağının zirvəsindəki kiçik elektron-bənzər çökəklikdən inkişaf edən, momentumdan nisbətən asılı olmayan “waterfall-like” spektral quyruq kimi şərh edirlər. Oxşar davranış β zolaqlarının X̅ istiqamətindəki dispersiyasında da görünür.

Çalışma γ zolağındakı bu davranışın güclü \(d_{z^2}\) elektron korrelyasiyaları ilə əlaqəli ola biləcəyini irəli sürür. Buradakı “ola bilər” ayrımı vacibdir: waterfall görünüşü eksperimental olaraq müşahidə edilsə də bunun tam mikroskopik səbəbi çalışma daxilində birbaşa sübut edilməmişdir.

Oksigen stexiometriyası niyə kritikdir?

Nikelat nazik filmlərinin elektron xüsusiyyətləri oksigen miqdarına son dərəcə həssasdır. Buna görə səthə həssas ARPES ölçmələrinin film içindəki real superkeçirici elektron quruluşu təmsil edib-etmədiyi əsas eksperimental məsələdir. Oksigen itkisi səthdə başlayarsa, daşıma ölçməsində superkeçirici görünən filmin üst bir neçə atomik qatı ARPES zamanı fərqli bir elektron vəziyyət sərgiləyə bilər.

Tədqiqatçılar bu riski azaltmaq üçün ARPES-ə ayrılan filmləri eyni gün və eyni şərtlərdə istehsal etmiş; böyütmə tamamlanan kimi nümunələri 200 K-nin altına sürətlə soyutmuş və sinxrotrona kriogen ultra-yüksək vakuum daşıma sistemi ilə ötürmüşdür. Nümunələr bütün ötürmə boyunca 200 K-nin altında saxlanılmış, ARPES ölçməsində nümunə tutucunun temperaturu 15 K-nin altında qorunmuşdur. Bu protokol səth oksigen konfiqurasiyasının dəyişməsini kinetik olaraq basdırmağı hədəfləyir.

Çalışma nəyi dəstəkləyir?

• 1212 və 2323 Ruddlesden–Popper nikelat superstrukturlarında mühit təzyiqində superkeçiricilik elektrik və diamagnetik ölçmələrlə müşahidə edilmişdir.
• 1212, 2222 və 2323 superkeçirici filmlərində təxminən 46–50 K aralığında superkeçirici keçid başlanğıcları var.
• Eyni tip epitaksial şərtlərdəki 1313 film superkeçirici deyil.
• Superkeçirici və superkeçirici olmayan quruluşlar arasında Ni \(d_{z^2}\)-mənşəli γ zolağının Fermi səviyyəsinə görə mövqeyində aydın fərq var.
• 1212 və 2222 quruluşlarında γII Fermi səthinə qatılır; 1313-də γIII zolağının zirvəsi təxminən 70 meV Fermi səviyyəsinin altındadır.
• 2323 quruluşu γII və γIII xüsusiyyətlərinin hər ikisini birlikdə daşıyır.
• Atomik qat düzülüşü ilə elektron zolaq quruluşu arasında eksperimental olaraq izlənə bilən əlaqə vardır.

Çalışma nəyi sübut etmir?

Tədqiqat \(d_{z^2}\)-mənşəli γ zolağının Fermi səviyyəsinə görə mövqeyini superkeçirici və superkeçirici olmayan quruluşlar arasındakı kritik elektron ayrımlardan biri kimi müəyyən edir; lakin bu korrelyasiya γ zolağının təkbaşına superkeçirici cütləşməni yaratdığını və ya yüksək temperatur superkeçiriciliyinin tam mikroskopik mexanizmini izah etdiyini sübut etmir. 2323 üçün təklif edilən yaxınlıq təsirli iki-komponentli izah da birbaşa mikroskopik mexanizm sübutu deyil.

Çalışma həmçinin sənaye kabeli, maqnit, kvant kompüter avadanlığı və ya başqa kommersiya superkeçirici cihaz göstərmir. Araşdırılan sistemlər nanometr miqyaslı epitaksial nazik filmlərdir və nəticələr göstərilən gərginlik, oksidləşmə, altlıq və istehsal şərtləri altında keçərlidir.

Çalışmanın Yöntəmi və Tapıntıları

Nazik filmlər necə istehsal edildi?

Bütün nümunələr SrLaAlO4 (001) altlıqlar üzərində gigantic-oxidative atomic-layer-by-layer epitaxy (GAE) üsulu ilə hazırlandı. Böyütmədə La0.67Pr0.33Ox və NiOy hədəfləri növbəli olaraq lazerlə ablasiya edildi. 1212 və 1313 superstrukturlarında ablasiya sırası hədəf kristal quruluşunun real qat düzülüşünü izləyirdi. Məsələn 1212 üçün verilən sıra:

[(La,Pr)O–NiO2–(La,Pr)O]–[(La,Pr)O–NiO2–(La,Pr)O–NiO2–(La,Pr)O]

2222 və 2323 böyüdülmədən əvvəl interfeys qüsurlarını azaltmaq və qatlı arxitekturanı sabitləşdirmək məqsədilə (La,Pr)O–NiO2–(La,Pr)O düzülüşlü tampon qat istifadə edildi.

Kation stexiometriyası bir atomik qatı yaratmaq üçün lazım olan lazer impulslarının sayının tənzimlənməsi ilə idarə edildi. İki hədəf üçün kalibrasiya 3 vahid hüceyrəli \((La,Pr)_3Ni_2O_7\) filmləri ilə həyata keçirildi. Tipik olaraq La0.67Pr0.33Ox və NiOy hədəfləri üçün 100–150 impuls istifadə edildi və çalışmada stexiometrik dəqiqliyin %1-dən daha yaxşı olduğu bildirildi.

Film böyütmə temperaturu 760–850 °C aralığında idi. Saflaşdırılmış ozon və oksigen qarışığının ümumi təzyiqi 10 Pa, ozon qismi təzyiqi 1–3 Pa olaraq saxlanıldı. Lazer enerji sıxlığı 1,4–1,7 J·cm⁻², təkrar tezliyi 4 Hz idi. Çökdürmədən sonra nümunələr oksigen itkisini azaltmaq məqsədilə dəqiqədə 100 °C sürətlə 100 °C-nin altına soyuduldu.

Elektrik və maqnit ölçmələri

Nümunələrə maqnetron püskürtmə üsulu ilə Pt Hall-bar elektrodları yaradıldı və alüminium tellər ultrasəs tel bağlama üsulu ilə bağlandı. Daşıma ölçmələri pulse-tube kriostatlarda aparıldı; maqnit sahə superkeçirici maqnitlə tətbiq edildi. Düzlem-içi sahə istiqaməti sabit sahə və temperaturda müqavimətin minimum olduğu dönmə bucağı istifadə edilərək kalibrləndi.

Superkeçiriciliyin maqnit təsdiqi iki-sarım qarşılıqlı induktans sistemi ilə həyata keçirildi. Bu ölçmələr elektrik müqavimətinin azalmasına müşayiət edən diamagnetik ekranlamanı ortaya qoydu.

Əsas daşıma nəticələri

Yuxarı kritik sahə analizi

1212 və 2323 filmlərinin maqnit sahədən asılı daşıma ölçmələri həm film düzleminə paralel, həm də dik sahələrlə həyata keçirildi. Kritik sahələr normal vəziyyət müqaviməti \(R_N\)-nin %95 və %50-sinə qarşılıq gələn keçid meyarları istifadə edilərək çıxarıldı. 1212 veriləri Ginzburg–Landau modeli ilə; iki mərhələli xüsusiyyət göstərən 2323 quruluşundakı \(B_{c,50\%}\) veriləri isə Gurevich iki-zolaq modeli ilə analiz edildi.

Koherens uzunluğu üçün çalışmada istifadə olunan əlaqə:

\[ \xi_0=\sqrt{\frac{\Phi_0}{2\pi B_{c2}}} \]

Burada \(\xi_0\) superkeçirici koherens uzunluğunu, \(\Phi_0\) maqnit axı kvantını və \(B_{c2}\) yuxarı kritik maqnit sahəsini ifadə edir. Bucaqlı kritik temperatur davranışı Tinkham modeli ilə qiymətləndirilmiş; 2323 quruluşundakı aydın iki komponentli davranış üçün bucaqlı veri iki rejimə ayrılaraq parçalı uyğunlaşdırma tətbiq edilmişdir.

Mənbə tutarlılığı xəbərdarlığı: Extended Data Figure 5 açıqlamasındakı istiqamətli koherens uzunluğu dəyərlərinin “düzlem-içi” və “düzlem-dışı” təyinatları yüklənmiş arXiv v3 mətni ilə Nature-in rəsmi çevrimiçi sürümündə fərqli verildiyindən bu məqalə həmin dəyərləri səssizcə tək bir istiqamət təyinatına çevirmir. Əsas elmi nəticə bu mübahisəli təyinatlara əsaslandırılmamışdır.

XRD, STEM və EDS xarakterizasiyası

XRD θ–2θ simmetrik skanları Rigaku SmartLab cihazı ilə həyata keçirildi. Kəsit STEM nümunələri FEI Helios G4 HX iki-şüalı FIB/SEM sistemi ilə hazırlandı. HAADF-STEM görüntüləmə Cs prob düzəldicili FEI Themis Z üzərində 200 kV-da aparıldı. Çalışmada HAADF üçün 90 və 200 mrad daxili/xarici toplama bucaqları, 25 mrad yarı-yaxınlaşma bucağı və təxminən 40 pA şüa cərəyanı; EDS analizi üçün 136 pA şüa cərəyanı bildirilir.

\((La,Pr)_3Ni_2O_7\) EDS veriləri STEM rejimində Super-X FEI sistemi ilə; \((La,Pr)_5Ni_3O_{11}\), \((La,Pr)_6Ni_4O_{14}\) və \((La,Pr)_7Ni_5O_{17}\) veriləri JEOL ARM200F və Super Dual EDS sistemi ilə əldə edildi.

ARPES ölçməsi necə qorundu?

ARPES eksperimentləri Shanghai Synchrotron Radiation Facility-nin BL03U şüa xəttində həyata keçirildi. 100 eV foton enerjisi ətrafında enerji ayırdetməsi 10 meV-dən daha yaxşı idi və ölçmə stansiyasının əsas təzyiqi \(7\times10^{-11}\) Torr-un altında idi.

Film böyütməsindən dərhal sonra nümunələr əsas təzyiqi \(5\times10^{-10}\) Torr-un altında və əsas temperaturu təxminən 100 K olan kriogen ultra-yüksək vakuum daşıma sisteminə ötürüldü. Nümunələr böyütmə temperaturundan sürətlə 200 K-nin altına endirildi və böyütmə kamerasından ARPES stansiyasına qədər bütün ötürmə boyunca 200 K-nin altında saxlanıldı. Ölçmə zamanı nümunə tutucu temperaturu 15 K-nin altında qaldı.

Fermi səthi xəritələrində matris elementi təsirlərini azaltmaq məqsədilə fərqli foton enerjiləri istifadə edildi. 103 eV-də β zolaqlarının, 153 eV-də γ zolaqlarının spektral intensivliyi daha aydındır. Tədqiqatçılar bu böyük intensivlik fərqini yalnız \(k_z\) dispersiyası ilə izah etmək əvəzinə fərqli orbitalların foton enerjisindən asılı fotoemissiya kəsiklərinə bağlayırlar.

ARPES veri analizi

Momentum paylanma əyriləri (MDC) və enerji paylanma əyriləri (EDC) ayrı-ayrı incələndi. 1212 quruluşundakı altı loblu MDC profilləri çoxlu Lorentz zirvə uyğunlaşdırmaları ilə analiz edildi. 1313 quruluşunda Fermi səviyyəsinin altında aydınlaşan γ zolağı üçün EDC-lər Fermi–Dirac tipli fonla Lorentz zirvə uyğunlaşdırmasına tabe tutuldu. Bəzi 1212 və 2222 spektrlərində xüsusiyyətləri daha görünən etmək üçün ölçülən EDC fonu çıxarıldı; digər spektrlər xam veri kimi göstərildi.

Fermi səthi xəritələrində enerji inteqrasiya pəncərəsi \(E_F\) ətrafında 50 meV idi. Əsas ARPES müqayisələrində fərqli ölçmə setlərində fərqli film qalınlıqları istifadə edilmişdir; məsələn daşıma/diamagnetik müqayisəsinə aid Şəkil 1-də 1212, 2222, 1313 və 2323 qalınlıqları müvafiq olaraq 5, 7, 8 və 8 nm ikən elektron zolaq quruluşunu müqayisə edən Şəkil 3-də 7, 5, 8 və 6 nm-dir. Polarizasiyadan asılı 2323 ölçməsində isə 5 nm qalınlığında film istifadə edilmişdir. Bu səbəbdən fərqli şəkillərdəki verilər tək bir fiziki nümunənin bütün ölçmələri kimi qiymətləndirilməməlidir.

Əsas elektron nəticə

Dörd quruluşun birlikdə incələnməsi yalnız “superkeçirici var/yox” ayrımından daha güclü müqayisə təmin edir. 1212 və 2222 quruluşlarında \(d_{z^2}\)-mənşəli γII zolağının Fermi səviyyəsinə çatması, 1313 quruluşunda isə γIII zolağının təxminən 70 meV aşağıda qalması əsas fərqdir. 2323 quruluşunun eyni anda γII və γIII xüsusiyyətlərini daşımasına baxmayaraq superkeçirici olması, yalnız Fermi səviyyəsinin altında bir γIII zolağının olmasının superkeçiriciliyi əngəlləmək üçün yetərli olmadığını da göstərir. Çalışmanın veriləri baxımından müəyyənedici ortaq xüsusiyyət superkeçirici nümunələrdə Fermi səthinə qatılan γII komponentinin olmasıdır.

Mənbə və Yöntəm Qeydi

Tam orijinal işin adı: Superconductivity and Electronic Structures of Nickelate Thin Film Superstructures

Müəlliflər: Zihao Nie; Yueying Li; Wei Lv; Lizhi Xu; Zhicheng Jiang; Peng Fu; Guangdi Zhou; Wenhua Song; Yaqi Chen; Heng Wang; Haoliang Huang; Junhao Lin; Jin-Feng Jia; Dawei Shen; Peng Li; Qi-Kun Xue; Zhuoyu Chen.

Bərabər töhfə verən müəlliflər: Zihao Nie, Yueying Li, Wei Lv, Lizhi Xu və Zhicheng Jiang.

Məsul müəlliflər: Dawei Shen, Peng Li, Qi-Kun Xue və Zhuoyu Chen.

Qurumlar: State Key Laboratory of Quantum Functional Materials, Department of Physics, Guangdong Basic Research Center of Excellence for Quantum Science və College of Semiconductors, Southern University of Science and Technology; Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area; National Synchrotron Radiation Laboratory və School of Nuclear Science and Technology, University of Science and Technology of China; State Key Laboratory of Micronano Engineering Science, Tsung-Dao Lee Institute & School of Physics and Astronomy ilə Key Laboratory of Artificial Structures and Quantum Control, Shanghai Jiao Tong University; Department of Physics, Tsinghua University.

Mənbə növü və yayın vəziyyəti: Bu məqalənin hazırlanmasında istifadə edilən yüklənmiş sənəd arXiv:2509.03502v3 depo sürümüdür. İlk arXiv göndərişi 3 sentyabr 2025, v3 reviziyası 13 aprel 2026-dır. Eyni çalışma rəyçi qiymətləndirməsindən keçərək Nature-da version-of-record kimi yayımlanmışdır. Buna görə çalışmanın cari elmi yayın vəziyyəti rəyli tədqiqat məqaləsidir; yüklənən faylın özü arXiv sürümüdür.

Rəyli yayın: Nature, cild 652, səhifələr 628–634, 2026. Rəsmi çevrimiçi yayın tarixi 8 aprel 2026; say tarixi 16 aprel 2026.

DOI: 10.1038/s41586-026-10352-7

ArXiv kimliyi: arXiv:2509.03502v3. ArXiv tərəfindən verilən DataCite DOI: 10.48550/arXiv.2509.03502.

Rəsmi yayın bağlantısı: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10352-7

ArXiv qeydi: https://arxiv.org/abs/2509.03502

Jurnal: Nature.

Nəşriyyat: Springer Nature / Nature Portfolio.

Lisenziya və yenidən istifadə qeydi: ArXiv qeydi depo sürümü üçün CC BY 4.0 lisenziyasına bağlanır. Nature-in version-of-record səhifəsi isə yayımlanmış məqalə üçün Springer Nature və ya müvafiq hüquq sahibinin müstəsna hüquqlarını göstərir. Buna görə arXiv depo sürümü ilə Nature yayın sürümünün yenidən istifadə şərtləri ayrıca qiymətləndirilməlidir. Bu Verianla məqaləsində orijinal Nature görselləri kopyalanmamış; əsas kəmiyyət nəticələri mənbə sədaqəti qorunaraq mətn və HTML cədvəl formasında aktarılmışdır.

Maliyyələşmə: Çalışma National Key Research and Development Program of China; National Natural Science Foundation of China; Guangdong Major Project of Basic Research; Quantum Science Strategic Initiative of Guangdong Province; Municipal Funding Co-Construction Program of Shenzhen və Science and Technology Program of Shenzhen daxil olmaqla müxtəlif proqramlarla dəstəklənmişdir. Bundan əlavə Dawei Shen üçün Anhui Provincial Natural Science Foundation; Junhao Lin üçün Natural Science Foundation of Guangdong Province; Yueying Li üçün China Postdoctoral Science Foundation; Zhicheng Jiang üçün China National Postdoctoral Program for Innovative Talents və Xiaomi Young Talents Program dəstəkləri bildirilmişdir.

Veri əlçatanlığı: Mənbə verilərin məqalə ilə birlikdə təmin edildiyini bildirir.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər maraqlar toqquşmasının olmadığını bəyan edirlər.

Müəllif töhfələri: Qi-Kun Xue və Zhuoyu Chen layihəni nəzarətdə saxladı; Zhuoyu Chen çalışmanı başlatdı və tədqiqat fəaliyyətlərini koordinasiya etdi. Zihao Nie və Wei Lv nazik film böyütməsini Yaqi Chen-in köməyi ilə, Guangdi Zhou və Zhuoyu Chen-in nəzarətində həyata keçirdi. Yueying Li, Lizhi Xu və Zhicheng Jiang ARPES ölçmələrini Wenhua Song-un köməyi ilə və Zhuoyu Chen, Peng Li ilə Dawei Shen-in nəzarətində apardı. Dawei Shen sinxrotron ARPES infrastrukturuna giriş təmin etdi. Peng Fu, Zihao Nie və Haoliang Huang STEM/EDS ölçmələri və analizlərini Junhao Lin ilə Zhuoyu Chen-in nəzarətində həyata keçirdi. Zihao Nie və Heng Wang daşıma və qarşılıqlı induktans ölçmələrini etdi. Jin-Feng Jia və digər müəlliflər müzakirələrə qatıldı. Məqalə Zhuoyu Chen, Yueying Li, Zihao Nie və Peng Li tərəfindən digər müəlliflərin töhfələri ilə yazıldı.

Mənbə daxilində tutarsızlıq qeydi: Yüklənmiş arXiv v3-ün Extended Data Figure 5 açıqlamasında 1212 üçün düzlem-içi koherens uzunluqları 1,76 və 2,42 nm; qarşılıq gələn düzlem-dışı dəyərlər 1,90 və 3,74 nm olaraq yazılmışdır. 2323 üçün arXiv v3 açıqlaması düzlem-içi dəyərləri 1,87 və 2,29 nm, düzlem-dışı dəyərləri 3,42 və 4,51 nm olaraq verir. Nature-in rəsmi çevrimiçi version-of-record açıqlamasında bu istiqamət təyinatları tərs formada təqdim edilir: 1212 üçün düzlem-içi 1,90 və 3,74 nm, düzlem-dışı 1,76 və 2,42 nm; 2323 üçün düzlem-içi 3,42 və 4,51 nm, düzlem-dışı 1,87 və 2,29 nm. Bu fərq səssizcə düzəldilməmiş və əsas elmi şərh bu mübahisəli istiqamət təyinatlarına əsaslandırılmamışdır.

Elmi şərh sərhədi: Çalışmanın əsas nəticəsi idarə olunan RP nikelat superstrukturlarında atomik qat düzəni, Fermi səthi və superkeçiricilik arasında eksperimental əlaqə qurulmasıdır. \(d_{z^2}\)-mənşəli γ zolağının Fermi səviyyəsinə görə mövqeyi superkeçirici və superkeçirici olmayan quruluşların ayrımında kritik elektron xüsusiyyət kimi müəyyən edilmişdir. Bununla birlikdə tədqiqat bu zolağın mövqeyini yüksək temperatur superkeçiriciliyinin tək və qəti səbəbi kimi sübut etmir. 2323 üçün irəli sürülən iki komponentli/proximity izah da mümkün fiziki şərh səviyyəsindədir.

Bu Verianla məzmununun elmi tapıntıları yüklənmiş çalışma əsas alınaraq hazırlanmışdır. Xarici mənbələr yalnız bibliografik yayın kimliyi, rəyli Nature sürümü, DOI və lisenziya vəziyyətini doğrulamaq məqsədilə istifadə edilmiş; xarici mənbələrdən yeni eksperimental nəticə və ya mexanizm əsas elmi anlatıma əlavə edilməmişdir.