Изилдөө атомдук катмар тизилиши көзөмөлдөнгөн төрт Ruddlesden–Popper никелат жука пленка суперструктурасын —1212, 2222, 1313 жана 2323— бирдей кысуучу эпитаксиялык чыңалуу астында салыштырып, кайсы электрондук түзүлүш өзгөчөлүктөрү суперөткөргүчтүк менен бирге пайда болорун иликтейт. Gigantic-oxidative atomic-layer-by-layer epitaxy (GAE) менен алынган пленкалар электрдик ташуу, эки-катушка өз ара индуктивдүүлүк, STEM/EDS/XRD жана бурч боюнча ажыратылган фотоэлектрондук спектроскопия (ARPES) аркылуу анализденди. 1212 жана 2222 түзүлүштөрүндө суперөткөргүч өтүү болжол менен 50 K-де, 2323 түзүлүшүндө болжол менен 46 K-де башталса, 1313 пленкасында суперөткөргүчтүк байкалган жок. Эң айкын электрондук айырма Ni \(d_{z^2}\) мүнөздүү γ тилкесинин Ферми деңгээлине карата абалы болуп саналат: суперөткөргүч 1212 жана 2222 түзүлүштөрүндө γII тилкеси M̅ чекитинин айланасында тешик-сымал Ферми чөнтөгүн түзсө, суперөткөргүч эмес 1313 түзүлүшүндө түз γIII тилкесинин чокусу Ферми деңгээлинен болжол менен 70 meV төмөндө калат. 2323 түзүлүшү болсо эки γ тилкесин тең камтыйт. Табылгалар бул электрондук түзүлүш суперөткөргүчтүк менен күчтүү байланышта экенин көрсөтөт; бирок γ тилкесинин абалы өз алдынча суперөткөргүчтүктүн микроскопиялык себебинин далили эмес.

Электрдик ташууну жана магниттик жоопту бирге баалоо маанилүү. 1212, 2222 жана 2323 пленкаларында каршылыктын гана төмөндөшү эмес, эки-катушка өз ара индуктивдүүлүк өлчөөлөрү менен Meissner диамагниттик жообу да байкалган. 1212, 2222 жана 2323 түзүлүштөрүндө каршылык тиешелүүлүгүнө жараша болжол менен 30 K, 25 K жана 3,5 K-де эксперименттик ызы-чуу деңгээлинен төмөн түшөт. 2323 түзүлүшү ошондой эле болжол менен 18 K чамасында экинчи өтүү өзгөчөлүгүн көрсөтөт жана кайталап өлчөөлөрдө бул экинчи өзгөчөлүк болжол менен 10–20 K аралыгында көрүнөт. Изилдөөчүлөр муну эки суперөткөргүч компоненттин бар экенине шайкеш жүрүм-турум катары чечмелешет; анын кеңири микроскопиялык келип чыгышы түздөн-түз далилденген эмес.

Түркия жагынан мааниси: Изилдөө Түркияда жүргүзүлгөн эмес жана Түркияга түз өткөрүлө турган колдонмо өндүрүмдүүлүгү же өнөр жай масштабындагы жыйынтык бербейт. Ошентсе да атомдук тактыктагы оксид жука пленка өстүрүү, синхротронго негизделген ARPES, өнүккөн электрондук микроскопия жана кванттык материалдарды мүнөздөө жагынан Түркиядагы конденсацияланган зат физикасы, наноматериалдар жана алдыңкы жука пленка изилдөөлөрү үчүн методологиялык мааниге ээ. Натыйжаларды Түркиядагы лабораторияларда кайра өндүрүү үчүн ошол эле деңгээлдеги катион/оксиген стехиометриясын көзөмөлдөө, ылайыктуу SrLaAlO4 сыяктуу субстрат шарттары, криогендик ультра-жогорку вакуум өткөрүү жана жогорку ажыратуучулуктагы электрондук түзүлүш өлчөөлөрү керек. Изилдөө никелат жука пленкалары жакын мөөнөттө энергия өткөрүүдө же коммерциялык суперөткөргүч түзмөктөрдө колдонула аларын көрсөтпөйт.

Изилдөөнүн негизги суроосу эмне?

Ruddlesden–Popper (RP) никелаттары жогорку температуралуу суперөткөргүчтүктүн электрондук келип чыгышын изилдөө үчүн маанилүү материалдар үй-бүлөсү болуп саналат. Бул системаларда Ni \(d_{x^2-y^2}\) орбиталына кошумча Ni \(d_{z^2}\) орбиталы да төмөн энергиялуу электрондук түзүлүшкө катышкандыктан, аларды бир гана үстөм тилкеге негизделген системалардан айырмалайт. Изилдөөнүн борбордук суроосу — ар башка атомдук катмар тизилиштери түзгөн Ферми беттеринин суперөткөргүчтүктүн пайда болушу менен кандай байланышта экени.

Бул суроого ар башка химиялык кошулмаларды гана салыштыруу аркылуу жооп берүү кыйын; анткени курам, чыңалуу, оксиген өлчөмү, пленка сапаты жана бет абалы бир эле учурда өзгөрүшү мүмкүн. Изилдөөчүлөр анын ордуна бир эле SrLaAlO4 субстраты үстүндө, окшош La:Pr катышы жана ошол эле типтеги кысуучу эпитаксиялык чыңалуу астында төрт көзөмөлдөнгөн катмар архитектурасын даярдашты. Ошентип 1212, 2222, 1313 жана 2323 түзүлүштөрүнүн ортосунда мүмкүн болушунча түз салыштыруу жүргүзүлдү.

Төрт атомдук архитектура кандай айырмаланат?

1212 түзүлүшү бир катмар жана эки катмар блокторунун кезектешкен тизилишинен турган \((La,Pr)_5Ni_3O_{11}\) суперструктурасы болуп саналат. 2222 таза эки-катмарлуу RP түзүлүшү жана \((La,Pr)_3Ni_2O_7\) курамына ээ. 1313 түзүлүшүндө бир катмар менен үч катмар блоктору кезектешет; көңүл бурарлык жагы, анын химиялык курамы 2222 менен бирдей, башкача айтканда \((La,Pr)_3Ni_2O_7\). Бул 2222 менен 1313 ортосундагы салыштырууну өзгөчө баалуу кылат: химиялык курам бирдей болгону менен катмар тизилиши башка. 2323 болсо эки катмар менен үч катмар блокторун бириктирген \((La,Pr)_7Ni_5O_{17}\) суперструктурасы.

STEM-HAADF сүрөттөрү бул ар башка катмар тизилиштерин атомдук масштабда түз көрсөтөт. Атомдук ажыратуучулуктагы EDS карталары элементтердин күтүлгөн катмардык бөлүштүрүлүшүн колдосо, XRD өлчөөлөрү пленкалардын жогорку кристаллдык сапатын жана макроскопиялык масштабда айкын экинчи фаза жок экенин көрсөтөт. Дифракция чокуларынын айланасындагы Kiessig чачыроолору тегиз бет жана курч интерфейстер менен шайкеш.

1212 түзүлүшүнүн жазык-тышкы тор туруктуусу 16,78 Å деп аныкталган; бул мааниси изилдөөдө берилген 16,575 Å көлөмдүк мааниден болжол менен %1 узун. STEM-HAADF анализи пленка боюнча болжол менен %2 жазык-ичиндеги кысуучу чыңалууга ишарат кылат. 2222, 1313 жана 2323 түзүлүштөрүнүн жазык-тышкы тор туруктуулары тиешелүүлүгүнө жараша 20,75 Å, 20,57 Å жана 24,63 Å деп берилген.

Кайсы түзүлүштөрдө суперөткөргүчтүк көрүндү?

1212, 2222 жана 2323 пленкалары суперөткөргүч жүрүм-турум көрсөттү; 1313 пленкасы болсо ошол эле эксперименттик контекстте суперөткөргүч болгон жок. Каршылык ийри сызыгынын нормалдуу абалдагы сызыктуу жүрүм-турумдан ажыраган чекити \(T_{c,\mathrm{onset}}\) катары аныкталганда болжолдуу маанилер 1212 үчүн 50 K, 2222 үчүн 50 K жана 2323 үчүн 46 K. Изилдөөчүлөр бул маанилер McMillan чегинен ашарын белгилешет.

Каршылык өлчөөсү жалгыз колдонулган эмес. 1212, 2222 жана 2323 пленкаларында эки-катушка өз ара индуктивдүүлүк ыкмасы менен диамагниттик Meissner жообу да алынган. Ошентип төмөн каршылык жана суперөткөргүч магниттик жооп бири-бирин колдогон эки көз карандысыз эксперименттик көрсөткүч катары колдонулган.

2323 түзүлүшүндөгү эки баскычтуу өтүү эмнени билдирет?

2323 суперструктурасынын каршылык ийри сызыгы башка суперөткөргүч үлгүлөрдөн айырмаланган өзгөчөлүккө ээ. Болжол менен 46 K-деги негизги башталыш өтүүсүнө кошумча болжол менен 18 K чамасында экинчи өтүү байкалат. Бир нече 2323 пленкасында бул экинчи өзгөчөлүк болжол менен 10–20 K аралыгында кайталанган.

Температурага көз каранды жогорку критикалык талаа жана бурчтук ташуу анализдери да 2323 түзүлүшү 1212 жана 2222ден башкача жүрүм-турум көрсөтөрүн билдирет. Изилдөөдө 2323 үчүн \(B_{c,50\%}\) маалыматтарынын эки баскычтуу түзүлүшү Gurevich эки-тилке модели менен каралса, 1212 үчүн Ginzburg–Landau ыкмасы колдонулган. Изилдөөчүлөрдүн мүмкүн болгон түшүндүрмөсүнө ылайык, үч катмарлуу аралык блоктор эки катмарлуу блоктордун ортосундагы глобалдык фаза шайкештигин алсыратышы мүмкүн жана толук нөл каршылык абалынын түзүлүшү үч катмарлар аркылуу жакындык эффектиси менен байланышкан суперөткөргүч компоненттерге таянышы мүмкүн.

Бул түшүндүрмө изилдөөнүн түз өлчөнгөн натыйжасы эмес, байкалган эки баскычтуу ташуу жүрүм-турумун түшүндүрүү үчүн сунушталган физикалык чечмелөө. Изилдөө бул механизмди көз карандысыз микроскопиялык эксперимент менен так ырастаган эмес.

Ферми бетиндеги критикалык айырма эмне?

ARPES өлчөөлөрүндө суперөткөргүч 1212, 2222 жана 2323 түзүлүштөрүндө Brillouin зонасынын борбору Γ̅ айланасында электрон-сымал α чөнтөк, зона бурчу M̅ айланасында тешик-сымал β чөнтөк жана кошумча M̅ айланасында айкын γ компоненти көрүнөт. Суперөткөргүч эмес 1313 пленкасында α жана β түзүлүштөрү сакталса, Ферми бетиндеги γ чөнтөк жоголот.

1212 жана 2222 пленкаларында γII тилкеси Ферми деңгээлине чейин көтөрүлүп, M̅ айланасындагы тешик-сымал Ферми беттик түзүлүшүнө катышат. Ал эми 1313 түзүлүшүндө 153 eV фотон энергиясы менен алынган ARPES спектрлеринде γIII тилкеси кыйла түз тилке катары көрүнөт жана тилке чокусу Ферми деңгээли \(E_F\)-тен болжол менен 70 meV төмөндө калат.

2323 түзүлүшү бул салыштыруунун эң көңүл бурарлык мисалы. Суперөткөргүч 2323 пленкасында эки өзүнчө γ тилкеси ажыратылат: γII 1212 жана 2222дегиге окшош Ферми бетине катышса; γIII 1313төгүсүнө окшош Ферми деңгээлинен төмөндө калат. Изилдөөчүлөр учурдагы чыңалуу жана кычкылдануу шарттарында γII өзгөчөлүгүн эки катмарлуу блоктор менен, γIII өзгөчөлүгүн болсо үч катмарлуу блоктор менен байланыштырган чечмелөөнү сунушташат.

γ тилкелеринин орбиталдык келип чыгышы кантип аныкталды?

2323 пленкасында M̅–Γ̅–M̅ багыты боюнча 103 eV фотондор менен сызыктуу горизонталдык (LH) жана сызыктуу вертикалдык (LV) поляризация колдонулуп ARPES өлчөөлөрү жүргүзүлгөн. Өлчөө геометриясынын матрица элементинин тандагычтыгы LV поляризациясында \(d_{z^2}\) орбиталынын салымын айкыныраак кылат. Поляризацияга жараша өзгөргөн спектралдык интенсивдүүлүктөр α/β тилкелеринин негизинен Ni \(d_{x^2-y^2}\), γ тилкелеринин болсо Ni \(d_{z^2}\) мүнөзү менен байланыштуу экенин колдойт.

LV поляризациясында α/β интенсивдүүлүгүнүн толугу менен жоголбошу изилдөөчүлөр тарабынан гибриддешкен оксиген p орбиталдарынын салымы менен байланыштырылған. 1212 жана 2222 пленкаларынын поляризация өлчөөлөрү да окшош орбиталдык тандагычтык көрсөтөт, бирок бул түзүлүштөрдө Ферми деңгээлинен төмөн өзүнчө түз γIII тилкеси көрүнбөйт.

“Waterfall” сыяктуу өзгөчөлүк эмнени билдирет?

1313 ARPES спектринде M̅ жакынында жогоркураак байланыш энергияларына созулган күчтүү, дээрлик тик спектралдык интенсивдүүлүк көрүнөт. Изилдөөчүлөр муну γ түз тилкесинин чокусундагы кичине электрон-сымал ойдуңдан өнүккөн, импульстан салыштырмалуу көз каранды эмес “waterfall-like” спектралдык куйрук катары чечмелешет. Ушуга окшош жүрүм-турум β тилкелеринин X̅ багытындагы таралышында да көрүнөт.

Изилдөө γ тилкесиндеги бул жүрүм-турум күчтүү \(d_{z^2}\) электрондук корреляциялар менен байланыштуу болушу мүмкүн экенин сунуштайт. Бул жердеги “мүмкүн” айырмасы маанилүү: waterfall көрүнүшү эксперименттик түрдө байкалса да, анын толук микроскопиялык себеби изилдөөнүн ичинде түз далилденген эмес.

Оксиген стехиометриясы эмне үчүн критикалык?

Никелат жука пленкаларынын электрондук касиеттери оксиген өлчөмүнө өтө сезимтал. Ошондуктан бетке сезгич ARPES өлчөөлөрү пленканын ичиндеги чыныгы суперөткөргүч электрондук түзүлүштү көрсөтөбү же жокпу — негизги эксперименттик маселе. Эгер оксиген жоготуусу беттен башталса, ташуу өлчөөсүндө суперөткөргүч болуп көрүнгөн пленканын үстүңкү бир нече атомдук катмары ARPES учурунда башка электрондук абалды көрсөтүшү мүмкүн.

Изилдөөчүлөр бул тобокелди азайтуу үчүн ARPESке арналган пленкаларды ошол эле күнү жана ошол эле шарттарда өстүргөн; өстүрүү аяктаары менен үлгүлөрдү 200 Kден төмөн тез муздатып, синхротронго криогендик ультра-жогорку вакуум ташуу системасы менен өткөрүшкөн. Үлгүлөр бүт өткөрүү учурунда 200 Kден төмөн сакталган, ARPES өлчөөсүндө үлгү кармагычтын температурасы 15 Kден төмөн кармалган. Бул протокол беттик оксиген конфигурациясынын өзгөрүшүн кинетикалык жактан басаңдатууну көздөйт.

Изилдөө эмнени колдойт?

• 1212 жана 2323 Ruddlesden–Popper никелат суперструктураларында чөйрө басымында суперөткөргүчтүк электрдик жана диамагниттик өлчөөлөр менен байкалган.
• 1212, 2222 жана 2323 суперөткөргүч пленкаларында болжол менен 46–50 K аралыгында суперөткөргүч өтүүнүн башталышы бар.
• Ошол эле типтеги эпитаксиялык шарттардагы 1313 пленкасы суперөткөргүч эмес.
• Суперөткөргүч жана суперөткөргүч эмес түзүлүштөр арасында Ni \(d_{z^2}\)-түптүү γ тилкесинин Ферми деңгээлине карата абалында айкын айырма бар.
• 1212 жана 2222 түзүлүштөрүндө γII Ферми бетине катышат; 1313тө γIII тилкесинин чокусу Ферми деңгээлинен болжол менен 70 meV төмөндө.
• 2323 түзүлүшү γII жана γIII өзгөчөлүктөрүнүн экөөнү тең алып жүрөт.
• Атомдук катмар тизилиши менен электрондук тилке түзүлүшү ортосунда эксперименттик жактан байкоого боло турган байланыш бар.

Изилдөө эмнени далилдебейт?

Изилдөө \(d_{z^2}\)-түптүү γ тилкесинин Ферми деңгээлине карата абалын суперөткөргүч жана суперөткөргүч эмес түзүлүштөр ортосундагы критикалык электрондук айырмачылыктардын бири катары белгилейт; бирок бул корреляция γ тилкеси өз алдынча суперөткөргүч жупташууну пайда кылат же жогорку температуралуу суперөткөргүчтүктүн толук микроскопиялык механизмин түшүндүрөт дегенди далилдебейт. 2323 үчүн сунушталган жакындык эффектиси бар эки-компоненттүү түшүндүрмө да түз микроскопиялык механизм далили эмес.

Изилдөө ошондой эле өнөр жай кабелин, магнитти, кванттык компьютер жабдыгын же башка коммерциялык суперөткөргүч түзмөктү көрсөтпөйт. Каралган системалар нанометр масштабындагы эпитаксиялык жука пленкалар жана натыйжалар көрсөтүлгөн чыңалуу, кычкылдануу, субстрат жана өндүрүш шарттарында жарактуу.

Изилдөөнүн ыкмасы жана табылгалары

Жука пленкалар кантип өндүрүлдү?

Бардык үлгүлөр SrLaAlO4 (001) субстраттары үстүндө gigantic-oxidative atomic-layer-by-layer epitaxy (GAE) ыкмасы менен даярдалды. Өстүрүүдө La0.67Pr0.33Ox жана NiOy бута материалдары кезектешип лазер менен абляцияланды. 1212 жана 1313 суперструктураларында абляция тартиби максатталган кристалл түзүлүшүнүн чыныгы катмар тизилишин ээрчиди. Мисалы 1212 үчүн берилген тартип:

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

2222 жана 2323 өстүрүлөрдөн мурда интерфейс кемчиликтерин азайтуу жана катмарлуу архитектураны турукташтыруу максатында (La,Pr)O–NiO2–(La,Pr)O тизилишиндеги буфердик катмар колдонулду.

Катион стехиометриясы бир атомдук катмар түзүү үчүн керек болгон лазер импульстарынын санын жөнгө салуу менен көзөмөлдөндү. Эки бута үчүн калибрлөө 3 бирдик уячалуу \((La,Pr)_3Ni_2O_7\) пленкалары менен жүргүзүлдү. Адатта La0.67Pr0.33Ox жана NiOy буталары үчүн 100–150 импульс колдонулду жана изилдөөдө стехиометриялык тактык %1ден жакшыраак экени билдирилди.

Пленка өстүрүү температурасы 760–850 °C аралыгында болду. Тазаланган озон жана оксиген аралашмасынын жалпы басымы 10 Pa, озондун парциалдык басымы 1–3 Pa болуп сакталды. Лазер энергия тыгыздыгы 1,4–1,7 J·cm⁻², кайталануу жыштыгы 4 Hz эле. Чөктүрүүдөн кийин үлгүлөр оксиген жоготуусун азайтуу үчүн мүнөтүнө 100 °C ылдамдык менен 100 °Cден төмөн муздатылды.

Электрдик жана магниттик өлчөөлөр

Үлгүлөргө magnetron sputtering ыкмасы менен Pt Hall-bar электроддору түзүлдү жана алюминий зымдар ультраүндүк зым байланыштыруу ыкмасы менен туташтырылды. Ташуу өлчөөлөрү pulse-tube криостаттарда жүргүзүлдү; магнит талаасы суперөткөргүч магнит менен берилди. Жазык-ичиндеги талаа багыты туруктуу талаа жана температурада каршылык минималдуу болгон айлануу бурчу колдонулуп калибрленди.

Суперөткөргүчтүктүн магниттик ырастоосу эки-катушка өз ара индуктивдүүлүк системасы менен жүргүзүлдү. Бул өлчөөлөр электрдик каршылыктын төмөндөшүн коштогон диамагниттик экрандоону көрсөттү.

Негизги ташуу натыйжалары

Жогорку критикалык талаа анализи

1212 жана 2323 пленкаларынын магнит талаасына көз каранды ташуу өлчөөлөрү пленка жазыгына параллелдүү да, тик да талаалар менен жүргүзүлдү. Критикалык талаалар нормалдуу абал каршылыгы \(R_N\)-нин %95 жана %50сине туура келген өтүү критерийлери аркылуу чыгарылды. 1212 маалыматтары Ginzburg–Landau модели менен; эки баскычтуу өзгөчөлүк көрсөткөн 2323 түзүлүшүндөгү \(B_{c,50\%}\) маалыматтары болсо Gurevich эки-тилке модели менен анализденди.

Когеренттик узундук үчүн изилдөөдө колдонулган байланыш:

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

Бул жерде \(\xi_0\) суперөткөргүч когеренттик узундугун, \(\Phi_0\) магниттик агым квантын жана \(B_{c2}\) жогорку критикалык магнит талаасын билдирет. Бурчтук критикалык температура жүрүм-туруму Tinkham модели менен бааланган; 2323 түзүлүшүндөгү айкын эки компоненттүү жүрүм-турум үчүн бурчтук маалымат эки режимге бөлүнүп, бөлүктүү ылайыкташтыруу колдонулган.

Булак ырааттуулугу боюнча эскертүү: Extended Data Figure 5 түшүндүрмөсүндөгү багыттык когеренттик узундук маанилеринин “жазык-ичи” жана “жазык-тышы” дайындоолору жүктөлгөн arXiv v3 тексти менен Natureдын расмий онлайн нускасында ар башка берилгендиктен, бул макала ал маанилерди унчукпай бир гана багыт дайындоосуна айландырбайт. Негизги илимий жыйынтык бул талаштуу дайындоолорго негизделген эмес.

XRD, STEM жана EDS мүнөздөмөсү

XRD θ–2θ симметриялык сканерлөөлөрү Rigaku SmartLab аппараты менен жүргүзүлдү. Кесилиш STEM үлгүлөрү FEI Helios G4 HX эки-нурлуу FIB/SEM системасы менен даярдалды. HAADF-STEM сүрөттөө Cs probe corrector бар FEI Themis Z аппаратында 200 kVда жүргүзүлдү. Изилдөөдө HAADF үчүн 90 жана 200 mrad ички/тышкы чогултуу бурчтары, 25 mrad жарым-жакындашуу бурчу жана болжол менен 40 pA нур тогу; EDS анализи үчүн 136 pA нур тогу билдирилет.

\((La,Pr)_3Ni_2O_7\) EDS маалыматтары STEM режиминде Super-X FEI системасы менен; \((La,Pr)_5Ni_3O_{11}\), \((La,Pr)_6Ni_4O_{14}\) жана \((La,Pr)_7Ni_5O_{17}\) маалыматтары JEOL ARM200F жана Super Dual EDS системасы менен алынган.

ARPES өлчөөсү кантип корголду?

ARPES эксперименттери Shanghai Synchrotron Radiation Facilityнин BL03U нур линиясында жүргүзүлдү. 100 eV фотон энергиясы чамасында энергиялык ажыратуучулук 10 meVден жакшыраак болгон жана өлчөө станциясынын негизги басымы \(7\times10^{-11}\) Torrдон төмөн болгон.

Пленка өстүрүлгөндөн кийин дароо үлгүлөр негизги басымы \(5\times10^{-10}\) Torrдон төмөн жана негизги температурасы болжол менен 100 K болгон криогендик ультра-жогорку вакуум ташуу системасына өткөрүлдү. Үлгүлөр өстүрүү температурасынан тез 200 Kден төмөн түшүрүлүп, өстүрүү камерасынан ARPES станциясына чейин бүт өткөрүү учурунда 200 Kден төмөн кармалды. Өлчөө учурунда үлгү кармагычтын температурасы 15 Kден төмөн калды.

Ферми бети карталарында матрица элементинин таасирин азайтуу үчүн ар башка фотон энергиялары колдонулду. 103 eVде β тилкелеринин, 153 eVде γ тилкелеринин спектралдык интенсивдүүлүгү айкыныраак. Изилдөөчүлөр бул чоң интенсивдүүлүк айырмасын бир гана \(k_z\) дисперсиясы менен түшүндүрүүнүн ордуна ар башка орбиталдардын фотон энергиясына көз каранды фотоэмиссия кесилиштерине байланыштырышат.

ARPES маалымат анализи

Импульс бөлүштүрүү ийри сызыктары (MDC) жана энергия бөлүштүрүү ийри сызыктары (EDC) өз-өзүнчө каралды. 1212 түзүлүшүндөгү алты лобдуу MDC профилдери көп Lorentz чокуларына ылайыкташтыруу менен анализденди. 1313 түзүлүшүндө Ферми деңгээлинен төмөн айкын болгон γ тилкеси үчүн EDCлер Fermi–Dirac тибиндеги фон менен Lorentz чокусуна ылайыкташтырылды. Кээ бир 1212 жана 2222 спектрлеринде өзгөчөлүктөрдү айкыныраак көрсөтүү үчүн өлчөнгөн EDC фону алынып салынды; башка спектрлер чийки маалымат катары көрсөтүлдү.

Ферми бети карталарында энергия интеграция терезеси \(E_F\) айланасында 50 meV болгон. Негизги ARPES салыштырууларында ар башка өлчөө топтомдорунда ар башка пленка калыңдыктары колдонулган; мисалы ташуу/диамагниттик салыштырууга тиешелүү 1-сүрөттө 1212, 2222, 1313 жана 2323 калыңдыктары тиешелүүлүгүнө жараша 5, 7, 8 жана 8 nm болсо, электрондук тилке түзүлүшүн салыштырган 3-сүрөттө 7, 5, 8 жана 6 nm. Поляризацияга көз каранды 2323 өлчөөсүндө болсо 5 nm калыңдыктагы пленка колдонулган. Ошондуктан ар башка сүрөттөрдөгү маалыматтар бир физикалык үлгүнүн бардык өлчөөлөрү катары бааланбашы керек.

Негизги электрондук натыйжа

Төрт түзүлүштү бирге изилдөө жөн гана “суперөткөргүч бар/жок” айырмасынан күчтүүрөөк салыштырууну камсыз кылат. 1212 жана 2222 түзүлүштөрүндө \(d_{z^2}\)-түптүү γII тилкесинин Ферми деңгээлине жетиши, ал эми 1313 түзүлүшүндө γIII тилкесинин болжол менен 70 meV төмөндө калышы негизги айырма. 2323 түзүлүшү ошол эле учурда γII жана γIII өзгөчөлүктөрүн алып жүргөнүнө карабастан суперөткөргүч болушу, Ферми деңгээлинен төмөн γIII тилкесинин гана болушу суперөткөргүчтүктү токтотууга жетишсиз экенин да көрсөтөт. Изилдөөнүн маалыматтары жагынан аныктоочу жалпы өзгөчөлүк — суперөткөргүч үлгүлөрдө Ферми бетине кошулган γII компонентинин болушу.

Булак жана ыкма эскертүүсү

Толук оригиналдуу изилдөө аталышы: Superconductivity and Electronic Structures of Nickelate Thin Film Superstructures

Авторлор: 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.

Бирдей салым кошкон авторлор: Zihao Nie, Yueying Li, Wei Lv, Lizhi Xu жана Zhicheng Jiang.

Жооптуу авторлор: Dawei Shen, Peng Li, Qi-Kun Xue жана Zhuoyu Chen.

Мекемелер: State Key Laboratory of Quantum Functional Materials, Department of Physics, Guangdong Basic Research Center of Excellence for Quantum Science жана College of Semiconductors, Southern University of Science and Technology; Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area; National Synchrotron Radiation Laboratory жана 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 жана Key Laboratory of Artificial Structures and Quantum Control, Shanghai Jiao Tong University; Department of Physics, Tsinghua University.

Булак түрү жана жарыялануу абалы: Бул макаланы даярдоодо колдонулган жүктөлгөн документ arXiv:2509.03502v3 репозиторий нускасы. Алгачкы arXiv тапшыруусу 3-сентябрь 2025, v3 ревизиясы 13-апрель 2026. Ошол эле иш рецензиядан өтүп Natureда version-of-record катары жарыяланган. Демек, иштин учурдагы илимий жарыялануу абалы рецензияланган изилдөө макаласы; жүктөлгөн файлдын өзү arXiv нускасы.

Рецензияланган жарыя: Nature, том 652, беттер 628–634, 2026. Расмий онлайн жарыялануу күнү 8-апрель 2026; сан күнү 16-апрель 2026.

DOI: 10.1038/s41586-026-10352-7

ArXiv идентификатору: arXiv:2509.03502v3. ArXiv тарабынан берилген DataCite DOI: 10.48550/arXiv.2509.03502.

Расмий жарыя шилтемеси: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10352-7

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

Журнал: Nature.

Басмачы: Springer Nature / Nature Portfolio.

Лицензия жана кайра колдонуу эскертүүсү: ArXiv жазуусу репозиторий нускасы үчүн CC BY 4.0 лицензиясына байланышат. Natureдын version-of-record барагы болсо жарыяланган макала үчүн Springer Nature же тиешелүү укук ээсинин өзгөчө укуктарын көрсөтөт. Ошондуктан arXiv репозиторий нускасы менен Nature жарыя нускасынын кайра колдонуу шарттары өз-өзүнчө бааланышы керек. Бул Verianla макаласында оригиналдуу Nature сүрөттөрү көчүрүлгөн эмес; негизги сандык жыйынтыктар булакка берилгендик сакталуу менен текст жана HTML таблица түрүндө берилген.

Каржылоо: Иш 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 жана Science and Technology Program of Shenzhen сыяктуу бир катар программалар тарабынан колдоого алынган. Ошондой эле Dawei Shen үчүн Anhui Provincial Natural Science Foundation; Junhao Lin үчүн Natural Science Foundation of Guangdong Province; Yueying Li үчүн China Postdoctoral Science Foundation; Zhicheng Jiang үчүн China National Postdoctoral Program for Innovative Talents жана Xiaomi Young Talents Program колдоолору билдирилген.

Маалымат жеткиликтүүлүгү: Булак маалыматтар макала менен бирге берилгенин билдирет.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришет.

Автордук салымдар: Qi-Kun Xue жана Zhuoyu Chen долбоорду көзөмөлдөдү; Zhuoyu Chen ишти баштады жана изилдөө ишмердиктерин координациялады. Zihao Nie жана Wei Lv жука пленка өстүрүүнү Yaqi Chenдин жардамы менен, Guangdi Zhou жана Zhuoyu Chenдин көзөмөлүндө жүргүздү. Yueying Li, Lizhi Xu жана Zhicheng Jiang ARPES өлчөөлөрүн Wenhua Songдун жардамы менен жана Zhuoyu Chen, Peng Li менен Dawei Shenдин көзөмөлүндө жүргүздү. Dawei Shen синхротрон ARPES инфраструктурасына жеткилик берди. Peng Fu, Zihao Nie жана Haoliang Huang STEM/EDS өлчөөлөрүн жана анализдерин Junhao Lin менен Zhuoyu Chenдин көзөмөлүндө аткарды. Zihao Nie жана Heng Wang ташуу жана өз ара индуктивдүүлүк өлчөөлөрүн жасады. Jin-Feng Jia жана башка авторлор талкууларга катышты. Макала Zhuoyu Chen, Yueying Li, Zihao Nie жана Peng Li тарабынан башка авторлордун салымдары менен жазылды.

Булак ичиндеги ыраатсыздык эскертүүсү: Жүктөлгөн arXiv v3түн Extended Data Figure 5 түшүндүрмөсүндө 1212 үчүн жазык-ичи когеренттик узундуктары 1,76 жана 2,42 nm; тиешелүү жазык-тышы маанилери 1,90 жана 3,74 nm деп жазылган. 2323 үчүн arXiv v3 түшүндүрмөсү жазык-ичи маанилерин 1,87 жана 2,29 nm, жазык-тышы маанилерин 3,42 жана 4,51 nm деп берет. Natureдын расмий онлайн version-of-record түшүндүрмөсүндө бул багыт дайындоолору тескерисинче берилген: 1212 үчүн жазык-ичи 1,90 жана 3,74 nm, жазык-тышы 1,76 жана 2,42 nm; 2323 үчүн жазык-ичи 3,42 жана 4,51 nm, жазык-тышы 1,87 жана 2,29 nm. Бул айырмачылык унчукпай оңдолгон эмес жана негизги илимий чечмелөө бул талаштуу багыт дайындоолоруна негизделген эмес.

Илимий чечмелөө чеги: Изилдөөнүн негизги натыйжасы — көзөмөлдөнгөн RP никелат суперструктураларында атомдук катмар тартиби, Ферми бети жана суперөткөргүчтүк ортосунда эксперименттик байланыш түзүлүшү. \(d_{z^2}\)-түптүү γ тилкесинин Ферми деңгээлине карата абалы суперөткөргүч жана суперөткөргүч эмес түзүлүштөрдү айырмалоодо критикалык электрондук өзгөчөлүк катары аныкталган. Ошентсе да изилдөө бул тилкенин абалын жогорку температуралуу суперөткөргүчтүктүн жалгыз жана так себеби катары далилдебейт. 2323 үчүн сунушталган эки компоненттүү/proximity түшүндүрмө да мүмкүн болгон физикалык чечмелөө деңгээлинде.

Бул Verianla мазмунунун илимий табылгалары жүктөлгөн иш негизинде даярдалган. Сырткы булактар библиографиялык жарыя кимдигин, рецензияланган Nature нускасын, DOI жана лицензия абалын ырастоо үчүн гана колдонулган; сырткы булактардан жаңы эксперименттик жыйынтык же механизм негизги илимий баяндоого кошулган эмес.