Tadqiqot atomik qatlam ketma-ketligi nazorat qilingan to‘rtta Ruddlesden–Popper nikelat yupqa plyonka supertuzilmasini —1212, 2222, 1313 va 2323— bir xil siquvchi epitaksial deformatsiya ostida taqqoslab, qaysi elektron tuzilma xususiyatlari o‘ta o‘tkazuvchanlik bilan birga paydo bo‘lishini tekshiradi. Gigantic-oxidative atomic-layer-by-layer epitaxy (GAE) orqali olingan plyonkalar elektr transporti, ikki-g‘altakli o‘zaro induktivlik, STEM/EDS/XRD va burchak bo‘yicha ajratilgan fotoelektron spektroskopiyasi (ARPES) bilan tahlil qilindi. 1212 va 2222 tuzilmalarida o‘ta o‘tkazuvchi o‘tish taxminan 50 K da, 2323 tuzilmasida taxminan 46 K da boshlanar ekan, 1313 plyonkada o‘ta o‘tkazuvchanlik kuzatilmadi. Eng aniq elektron farq Ni \(d_{z^2}\) xarakterli γ zonasining Fermi sathiga nisbatan joylashuvidir: o‘ta o‘tkazuvchi 1212 va 2222 tuzilmalarida γII zonasi M̅ nuqtasi atrofida teshik-simon Fermi cho‘ntagini hosil qilsa, o‘ta o‘tkazuvchi bo‘lmagan 1313 tuzilmasida tekis γIII zonasining tepasi Fermi sathidan taxminan 70 meV pastda qoladi. 2323 tuzilmasi esa har ikkala γ zonasini birga o‘z ichiga oladi. Topilmalar ushbu elektron tuzilma o‘ta o‘tkazuvchanlik bilan kuchli bog‘liq ekanini ko‘rsatadi; biroq γ zonasining joylashuvi yakka holda o‘ta o‘tkazuvchanlikning mikroskopik sababini isbotlamaydi.

Elektr transporti bilan magnit javobni birga baholash muhimdir. 1212, 2222 va 2323 plyonkalarda faqat qarshilikning pasayishi emas, ikki-g‘altakli o‘zaro induktivlik o‘lchovlari orqali Meissner diamagnit javobi ham kuzatilgan. 1212, 2222 va 2323 tuzilmalarida qarshilik mos ravishda taxminan 30 K, 25 K va 3,5 K da eksperimental shovqin darajasidan pastga tushadi. 2323 tuzilmasi bundan tashqari taxminan 18 K atrofida ikkinchi o‘tish xususiyatini ko‘rsatadi va takroriy o‘lchovlarda bu ikkinchi xususiyat taxminan 10–20 K oralig‘ida ko‘rinadi. Tadqiqotchilar buni ikki o‘ta o‘tkazuvchi komponent mavjudligi bilan mos xatti-harakat sifatida talqin qiladilar; uning batafsil mikroskopik kelib chiqishi bevosita isbotlangan emas.

Turkiya nuqtayi nazaridan ma’nosi: Tadqiqot Turkiyada bajarilmagan va Turkiyaga bevosita ko‘chiriladigan amaliy samaradorlik yoki sanoat miqyosidagi natija bermaydi. Shunga qaramay, atomik aniqlikdagi oksid yupqa plyonka o‘stirish, sinxrotron asosidagi ARPES, ilg‘or elektron mikroskopiyasi va kvant materiallar xarakterizatsiyasi nuqtayi nazaridan Turkiyadagi kondensatsiyalangan modda fizikasi, nanomateriallar va ilg‘or yupqa plyonka tadqiqotlari uchun metodologik jihatdan muhimdir. Natijalarni Turkiya laboratoriyalarida qayta hosil qilish uchun xuddi shu darajadagi kation/kislorod stoxiometriyasi nazorati, mos SrLaAlO4 ga o‘xshash taglik sharoitlari, kriogen ultra-yuqori vakuumli uzatish va yuqori aniqlikdagi elektron tuzilma o‘lchovlari talab qilinadi. Tadqiqot nikelat yupqa plyonkalar yaqin muddatda energiya uzatish yoki tijoriy o‘ta o‘tkazuvchi qurilmalarda qo‘llanishi mumkinligini ko‘rsatmaydi.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

Ruddlesden–Popper (RP) nikelatlar yuqori haroratli o‘ta o‘tkazuvchanlikning elektron kelib chiqishini tadqiq qilish uchun muhim materiallar oilasidir. Bu tizimlarda Ni \(d_{x^2-y^2}\) orbitaliga qo‘shimcha ravishda Ni \(d_{z^2}\) orbitali ham past energiyali elektron tuzilmaga qo‘shilishi ularni bitta ustun zona yondashuvi bilan izohlanadigan tizimlardan ajratadi. Tadqiqot markazidagi savol turli atomik qatlam ketma-ketliklari hosil qiladigan Fermi sirtlari o‘ta o‘tkazuvchanlik paydo bo‘lishi bilan qanday bog‘langanidir.

Bu savolga faqat turli kimyoviy birikmalarni taqqoslash orqali javob berish qiyin; chunki tarkib, deformatsiya, kislorod miqdori, plyonka sifati va sirt holati bir vaqtning o‘zida o‘zgarishi mumkin. Tadqiqotchilar buning o‘rniga bir xil SrLaAlO4 tagligi ustida, o‘xshash La:Pr nisbati va bir xil turdagi siquvchi epitaksial deformatsiya ostida to‘rtta nazorat qilingan qatlam arxitekturasini tayyorladilar. Shu tariqa 1212, 2222, 1313 va 2323 tuzilmalari o‘rtasida imkon qadar bevosita taqqoslash amalga oshirildi.

To‘rtta atomik arxitektura qanday farqlanadi?

1212 tuzilmasi bitta qatlam va ikki qatlamli bloklarning navbatma-navbat joylashuvidan tashkil topgan \((La,Pr)_5Ni_3O_{11}\) supertuzilmasidir. 2222 sof ikki-qatlamli RP tuzilmasi bo‘lib, \((La,Pr)_3Ni_2O_7\) tarkibiga ega. 1313 tuzilmasida bitta qatlam bilan uch qatlamli bloklar navbatlashadi; e’tiborli tomoni shundaki, uning kimyoviy tarkibi 2222 bilan bir xil, ya’ni \((La,Pr)_3Ni_2O_7\). Bu holat 2222 bilan 1313 o‘rtasidagi taqqoslashni ayniqsa qimmatli qiladi: kimyoviy tarkib bir xil bo‘lsa-da, qatlam ketma-ketligi farqli. 2323 esa ikki qatlam va uch qatlamli bloklarni birlashtiruvchi \((La,Pr)_7Ni_5O_{17}\) supertuzilmasidir.

STEM-HAADF tasvirlari ushbu turli qatlam ketma-ketliklarini atomik miqyosda bevosita ko‘rsatadi. Atomik aniqlikdagi EDS xaritalari elementlarning kutilgan qatlam taqsimotini qo‘llab-quvvatlasa, XRD o‘lchovlari plyonkalarning yuqori kristall sifati va makroskopik miqyosda aniq ikkilamchi faza yo‘qligini ko‘rsatadi. Difraksiya cho‘qqilari atrofidagi Kiessig sochilishlari silliq sirt va keskin interfeyslar bilan mos keladi.

1212 tuzilmasining tekislikdan tashqari panjara doimiysi 16,78 Å deb aniqlangan; bu qiymat tadqiqotda berilgan 16,575 Å hajmiy qiymatdan taxminan %1 uzunroq. STEM-HAADF tahlili plyonka bo‘ylab taxminan %2 tekislik ichidagi siquvchi deformatsiyaga ishora qiladi. 2222, 1313 va 2323 tuzilmalarining tekislikdan tashqari panjara doimiylari mos ravishda 20,75 Å, 20,57 Å va 24,63 Å sifatida berilgan.

Qaysi tuzilmalarda o‘ta o‘tkazuvchanlik kuzatildi?

1212, 2222 va 2323 plyonkalar o‘ta o‘tkazuvchi xatti-harakat ko‘rsatgan; 1313 plyonka esa xuddi shu eksperimental kontekstda o‘ta o‘tkazuvchi bo‘lmagan. Qarshilik egri chizig‘i normal holatdagi chiziqli xatti-harakatdan ajralgan nuqta \(T_{c,\mathrm{onset}}\) deb ta’riflanganda, taxminiy qiymatlar 1212 uchun 50 K, 2222 uchun 50 K va 2323 uchun 46 K dir. Tadqiqotchilar bu qiymatlar McMillan chegarasidan yuqori ekanini ta’kidlaydilar.

Qarshilik o‘lchovi yakka holda ishlatilmagan. 1212, 2222 va 2323 plyonkalarda ikki-g‘altakli o‘zaro induktivlik usuli bilan diamagnit Meissner javobi ham olingan. Shu tariqa past qarshilik va o‘ta o‘tkazuvchi magnit javob bir-birini qo‘llab-quvvatlovchi ikki mustaqil eksperimental ko‘rsatkich sifatida ishlatilgan.

2323 tuzilmasidagi ikki bosqichli o‘tish nimani anglatadi?

2323 supertuzilmasining qarshilik egri chizig‘i boshqa o‘ta o‘tkazuvchi namunalardan ajralib turadigan xususiyatga ega. Taxminan 46 K dagi asosiy boshlang‘ich o‘tishga qo‘shimcha ravishda taxminan 18 K atrofida ikkinchi o‘tish ko‘rinadi. Bir nechta 2323 plyonkada bu ikkinchi xususiyat taxminan 10–20 K oralig‘ida takrorlangan.

Haroratga bog‘liq yuqori kritik maydon va burchakli transport tahlillari ham 2323 tuzilmasi 1212 va 2222 dan farqli xatti-harakat ko‘rsatishiga ishora qiladi. Tadqiqotda 2323 uchun \(B_{c,50\%}\) ma’lumotlarining ikki bosqichli tuzilmasi Gurevich ikki-zona modeli bilan ko‘rib chiqilgan bo‘lsa, 1212 uchun Ginzburg–Landau yondashuvi ishlatilgan. Tadqiqotchilarning mumkin bo‘lgan izohiga ko‘ra, uch qatlamli oraliq bloklar ikki qatlamli bloklar o‘rtasidagi global faza uyg‘unligini susaytirishi mumkin va to‘liq nol qarshilik holatining yuzaga kelishi uch qatlamlar orqali yaqinlik effekti bilan bog‘langan o‘ta o‘tkazuvchi komponentlarga tayanishi mumkin.

Bu izoh tadqiqotning bevosita o‘lchangan natijasi emas, balki kuzatilgan ikki bosqichli transport xatti-harakatini tushuntirish uchun berilgan fizik talqindir. Tadqiqot bu mexanizmni mustaqil mikroskopik tajriba bilan qat’iy tasdiqlamaydi.

Fermi sirtidagi kritik farq nima?

ARPES o‘lchovlarida o‘ta o‘tkazuvchi 1212, 2222 va 2323 tuzilmalarda Brillouin zonasi markazi Γ̅ atrofida elektron-simon α cho‘ntak, zona burchagi M̅ atrofida teshik-simon β cho‘ntak va qo‘shimcha ravishda M̅ atrofida aniq γ komponenti ko‘rinadi. O‘ta o‘tkazuvchi bo‘lmagan 1313 plyonkada α va β tuzilmalari saqlanadi, ammo Fermi sirtidagi γ cho‘ntak yo‘qoladi.

1212 va 2222 plyonkalarda γII zonasi Fermi sathigacha ko‘tarilib, M̅ atrofidagi teshik-simon Fermi sirti tuzilmasiga qo‘shiladi. Bunga qarshi 1313 tuzilmasida 153 eV foton energiyasi bilan olingan ARPES spektrlarida γIII zonasi juda tekis zona sifatida ko‘rinadi va zona tepasi Fermi sathi \(E_F\) dan taxminan 70 meV pastda qoladi.

2323 tuzilmasi bu taqqoslashning eng e’tiborli misolidir. O‘ta o‘tkazuvchi 2323 plyonkada ikki alohida γ zonasi ajratiladi: γII 1212 va 2222 dagiga o‘xshash tarzda Fermi sirtiga qo‘shilsa; γIII 1313 dagiga o‘xshash tarzda Fermi sathidan pastda qoladi. Tadqiqotchilar mavjud deformatsiya va oksidlanish sharoitlarida γII xususiyatini ikki qatlamli bloklar bilan, γIII xususiyatini esa uch qatlamli bloklar bilan bog‘laydigan talqinni taklif qiladilar.

γ zonalarining orbital kelib chiqishi qanday aniqlandi?

2323 plyonkasida M̅–Γ̅–M̅ yo‘nalishida 103 eV fotonlar bilan chiziqli gorizontal (LH) va chiziqli vertikal (LV) qutblanishdan foydalanib ARPES o‘lchovlari bajarilgan. O‘lchov geometriyasining matritsa elementi tanlovchanligi LV qutblanishida \(d_{z^2}\) orbital hissasini yanada aniqroq qiladi. Qutblanish bilan o‘zgaradigan spektral intensivliklar α/β zonalarining asosan Ni \(d_{x^2-y^2}\), γ zonalarining esa Ni \(d_{z^2}\) xarakteri bilan bog‘liqligini qo‘llab-quvvatlaydi.

LV qutblanishida α/β intensivligining butunlay yo‘qolmasligi tadqiqotchilar tomonidan gibridlangan kislorod p orbitallarining hissasi bilan bog‘lanadi. 1212 va 2222 plyonkalarining qutblanish o‘lchovlari ham shunga o‘xshash orbital tanlovchanlikni ko‘rsatadi, ammo bu tuzilmalarda Fermi sathidan pastda alohida tekis γIII zonasi ko‘rinmaydi.

“Waterfall”ga o‘xshash xususiyat nimani anglatadi?

1313 ARPES spektrida M̅ yaqinida yuqoriroq bog‘lanish energiyalariga cho‘zilgan kuchli, deyarli tik spektral intensivlik ko‘rinadi. Tadqiqotchilar buni γ tekis zonasining tepasidagi kichik elektron-simon cho‘kishdan rivojlangan, impulsdan nisbatan mustaqil “waterfall-like” spektral dum sifatida talqin qiladilar. Shunga o‘xshash xatti-harakat β zonalarining X̅ yo‘nalishidagi dispersiyasida ham ko‘rinadi.

Tadqiqot γ zonasidagi bu xatti-harakat kuchli \(d_{z^2}\) elektron korrelyatsiyalari bilan bog‘liq bo‘lishi mumkinligini ilgari suradi. Bu yerdagi “bo‘lishi mumkin” farqi muhim: waterfall ko‘rinishi eksperimental ravishda kuzatilgan bo‘lsa-da, uning to‘liq mikroskopik sababi tadqiqot ichida bevosita isbotlanmagan.

Kislorod stoxiometriyasi nega kritik?

Nikelat yupqa plyonkalarining elektron xususiyatlari kislorod miqdoriga nihoyatda sezgir. Shu sababli sirtga sezgir ARPES o‘lchovlari plyonka ichidagi haqiqiy o‘ta o‘tkazuvchi elektron tuzilmani ifodalayaptimi yoki yo‘qmi — asosiy eksperimental masaladir. Kislorod yo‘qotilishi sirtdan boshlansa, transport o‘lchovida o‘ta o‘tkazuvchi ko‘rinadigan plyonkaning yuqoridagi bir necha atomik qatlami ARPES vaqtida boshqa elektron holatni namoyon qilishi mumkin.

Tadqiqotchilar bu xavfni kamaytirish uchun ARPESga ajratilgan plyonkalarni bir xil kun va bir xil sharoitlarda ishlab chiqargan; o‘stirish tugashi bilanoq namunalarni 200 K dan pastga tez sovitgan va sinxrotronga kriogen ultra-yuqori vakuum tashish tizimi bilan o‘tkazgan. Namunalar butun tashish davomida 200 K dan pastda saqlangan, ARPES o‘lchovida namuna tutqichining harorati 15 K dan pastda ushlab turilgan. Bu protokol sirt kislorod konfiguratsiyasi o‘zgarishini kinetik jihatdan bostirishni maqsad qiladi.

Tadqiqot nimani qo‘llab-quvvatlaydi?

• 1212 va 2323 Ruddlesden–Popper nikelat supertuzilmalarida muhit bosimida o‘ta o‘tkazuvchanlik elektr va diamagnit o‘lchovlar bilan kuzatilgan.
• 1212, 2222 va 2323 o‘ta o‘tkazuvchi plyonkalarda taxminan 46–50 K oralig‘ida o‘ta o‘tkazuvchi o‘tish boshlanishlari mavjud.
• Bir xil turdagi epitaksial sharoitlardagi 1313 plyonka o‘ta o‘tkazuvchi emas.
• O‘ta o‘tkazuvchi va o‘ta o‘tkazuvchi bo‘lmagan tuzilmalar o‘rtasida Ni \(d_{z^2}\)-kelib chiqishli γ zonasining Fermi sathiga nisbatan joylashuvida aniq farq bor.
• 1212 va 2222 tuzilmalarida γII Fermi sirtiga qo‘shiladi; 1313 da γIII zonasining tepasi Fermi sathidan taxminan 70 meV pastda.
• 2323 tuzilmasi γII va γIII xususiyatlarining har ikkalasini birga olib yuradi.
• Atomik qatlam ketma-ketligi bilan elektron zona tuzilmasi o‘rtasida eksperimental ravishda kuzatiladigan bog‘lanish mavjud.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

Tadqiqot \(d_{z^2}\)-kelib chiqishli γ zonasining Fermi sathiga nisbatan joylashuvini o‘ta o‘tkazuvchi va o‘ta o‘tkazuvchi bo‘lmagan tuzilmalar o‘rtasidagi kritik elektron farqlardan biri sifatida aniqlaydi; biroq bu korrelyatsiya γ zonasi yakka holda o‘ta o‘tkazuvchi juftlanishni hosil qiladi yoki yuqori haroratli o‘ta o‘tkazuvchanlikning to‘liq mikroskopik mexanizmini tushuntiradi degan narsani isbotlamaydi. 2323 uchun taklif qilingan yaqinlik ta’sirli ikki-komponentli izoh ham bevosita mikroskopik mexanizm dalili emas.

Tadqiqot shuningdek sanoat kabeli, magnit, kvant kompyuter apparati yoki boshqa tijoriy o‘ta o‘tkazuvchi qurilmani ko‘rsatmaydi. O‘rganilgan tizimlar nanometr miqyosidagi epitaksial yupqa plyonkalardir va natijalar ko‘rsatilgan deformatsiya, oksidlanish, taglik va ishlab chiqarish sharoitlari ostida amal qiladi.

Tadqiqotning usuli va topilmalari

Yupqa plyonkalar qanday ishlab chiqarildi?

Barcha namunalar SrLaAlO4 (001) tagliklari ustida gigantic-oxidative atomic-layer-by-layer epitaxy (GAE) usuli bilan tayyorlandi. O‘stirishda La0.67Pr0.33Ox va NiOy nishonlari navbatma-navbat lazer bilan ablatsiya qilindi. 1212 va 1313 supertuzilmalarida ablatsiya tartibi maqsad qilingan kristall tuzilmaning haqiqiy qatlam ketma-ketligini kuzatdi. Masalan 1212 uchun berilgan tartib:

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

2222 va 2323 o‘stirilishidan oldin interfeys nuqsonlarini kamaytirish va qatlamli arxitekturani barqarorlashtirish maqsadida (La,Pr)O–NiO2–(La,Pr)O ketma-ketligidagi bufer qatlam ishlatildi.

Kation stoxiometriyasi bitta atomik qatlamni hosil qilish uchun kerak bo‘lgan lazer impulslari sonini sozlash orqali nazorat qilindi. Ikki nishon uchun kalibrlash 3 birlik hujayrali \((La,Pr)_3Ni_2O_7\) plyonkalar bilan amalga oshirildi. Odatda La0.67Pr0.33Ox va NiOy nishonlari uchun 100–150 impuls ishlatilgan va tadqiqotda stoxiometrik aniqlik %1 dan yaxshiroq ekani bildirilgan.

Plyonka o‘stirish harorati 760–850 °C oralig‘ida edi. Tozalangan ozon va kislorod aralashmasining umumiy bosimi 10 Pa, ozonning qisman bosimi 1–3 Pa qilib ushlab turildi. Lazer energiya zichligi 1,4–1,7 J·cm⁻², takrorlanish chastotasi 4 Hz edi. Cho‘ktirishdan so‘ng namunalar kislorod yo‘qotilishini kamaytirish maqsadida daqiqasiga 100 °C tezlikda 100 °C dan pastga sovitildi.

Elektr va magnit o‘lchovlar

Namunalarda magnetron purkash usuli bilan Pt Hall-bar elektrodlar hosil qilindi va alyuminiy simlar ultratovushli sim bog‘lash usuli bilan ulandi. Transport o‘lchovlari pulse-tube kriostatlarda bajarildi; magnit maydon o‘ta o‘tkazuvchi magnit bilan qo‘llandi. Tekislik ichidagi maydon yo‘nalishi, doimiy maydon va haroratda qarshilik minimal bo‘lgan aylanish burchagi yordamida kalibrlangan.

O‘ta o‘tkazuvchanlikning magnit tasdig‘i ikki-g‘altakli o‘zaro induktivlik tizimi bilan amalga oshirildi. Bu o‘lchovlar elektr qarshiligining pasayishiga hamroh bo‘lgan diamagnit ekranlanishni ko‘rsatdi.

Asosiy transport natijalari

Yuqori kritik maydon tahlili

1212 va 2323 plyonkalarining magnit maydonga bog‘liq transport o‘lchovlari plyonka tekisligiga parallel hamda tik maydonlar bilan bajarildi. Kritik maydonlar normal holat qarshiligi \(R_N\) ning %95 va %50 iga mos keladigan o‘tish mezonlari yordamida chiqarildi. 1212 ma’lumotlari Ginzburg–Landau modeli bilan; ikki bosqichli xususiyat ko‘rsatgan 2323 tuzilmasidagi \(B_{c,50\%}\) ma’lumotlari esa Gurevich ikki-zona modeli bilan tahlil qilindi.

Kogerensiya uzunligi uchun tadqiqotda ishlatilgan munosabat:

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

Bu yerda \(\xi_0\) o‘ta o‘tkazuvchi kogerensiya uzunligini, \(\Phi_0\) magnit oqim kvantini va \(B_{c2}\) yuqori kritik magnit maydonni bildiradi. Burchakli kritik harorat xatti-harakati Tinkham modeli bilan baholangan; 2323 tuzilmasidagi aniq ikki komponentli xatti-harakat uchun burchakli ma’lumot ikki rejimga ajratilib, bo‘lakli moslashtirish qo‘llangan.

Manba izchilligi ogohlantirishi: Extended Data Figure 5 izohidagi yo‘nalishli kogerensiya uzunligi qiymatlarining “tekislik ichidagi” va “tekislikdan tashqari” tayinlanishlari yuklangan arXiv v3 matni bilan Nature’ning rasmiy onlayn versiyasida turlicha berilgani sababli, bu maqola ushbu qiymatlarni jim holda yagona yo‘nalish tayinlanishiga aylantirmaydi. Asosiy ilmiy natija bu bahsli tayinlanishlarga asoslantirilmagan.

XRD, STEM va EDS xarakterizatsiyasi

XRD θ–2θ simmetrik skanlari Rigaku SmartLab qurilmasi bilan bajarildi. Kesim STEM namunalari FEI Helios G4 HX ikki-nurli FIB/SEM tizimi bilan tayyorlandi. HAADF-STEM tasvirlash Cs probe correctorli FEI Themis Z da 200 kV da amalga oshirildi. Tadqiqotda HAADF uchun 90 va 200 mrad ichki/tashqi yig‘ish burchaklari, 25 mrad yarim yaqinlashish burchagi va taxminan 40 pA nur toki; EDS tahlili uchun 136 pA nur toki bildirilgan.

\((La,Pr)_3Ni_2O_7\) EDS ma’lumotlari STEM rejimida Super-X FEI tizimi bilan; \((La,Pr)_5Ni_3O_{11}\), \((La,Pr)_6Ni_4O_{14}\) va \((La,Pr)_7Ni_5O_{17}\) ma’lumotlari JEOL ARM200F va Super Dual EDS tizimi bilan olindi.

ARPES o‘lchovi qanday himoya qilindi?

ARPES tajribalari Shanghai Synchrotron Radiation Facility ning BL03U nur chizig‘ida bajarildi. 100 eV foton energiyasi atrofida energiya aniqligi 10 meV dan yaxshiroq edi va o‘lchov stansiyasining asosiy bosimi \(7\times10^{-11}\) Torr dan past edi.

Plyonka o‘stirilgandan darhol keyin namunalar asosiy bosimi \(5\times10^{-10}\) Torr dan past va asosiy harorati taxminan 100 K bo‘lgan kriogen ultra-yuqori vakuum tashish tizimiga o‘tkazildi. Namunalar o‘stirish haroratidan tezda 200 K dan pastga tushirildi va o‘stirish kamerasidan ARPES stansiyasigacha bo‘lgan barcha tashish davomida 200 K dan pastda saqlandi. O‘lchov vaqtida namuna tutqichi harorati 15 K dan pastda qoldi.

Fermi sirti xaritalarida matritsa elementi ta’sirlarini kamaytirish maqsadida turli foton energiyalari ishlatildi. 103 eV da β zonalarining, 153 eV da γ zonalarining spektral intensivligi yanada aniq. Tadqiqotchilar bu katta intensivlik farqini faqat \(k_z\) dispersiyasi bilan izohlash o‘rniga turli orbitallarning foton energiyasiga bog‘liq fotoemissiya kesimlariga bog‘laydilar.

ARPES ma’lumot tahlili

Impuls taqsimot egri chiziqlari (MDC) va energiya taqsimot egri chiziqlari (EDC) alohida-alohida tekshirildi. 1212 tuzilmasidagi olti lobli MDC profillari ko‘p Lorentz cho‘qqili moslashtirishlar bilan tahlil qilindi. 1313 tuzilmasida Fermi sathidan pastda aniq ko‘ringan γ zonasi uchun EDC lar Fermi–Dirac tipidagi fon bilan Lorentz cho‘qqisi moslashtirishiga qo‘llandi. Ba’zi 1212 va 2222 spektrlarida xususiyatlarni yanada ko‘rinadigan qilish uchun o‘lchangan EDC foni ayirib tashlandi; boshqa spektrlar xom ma’lumot sifatida ko‘rsatildi.

Fermi sirti xaritalarida energiya integratsiya oynasi \(E_F\) atrofida 50 meV edi. Asosiy ARPES taqqoslashlarida turli o‘lchov to‘plamlarida turli plyonka qalinliklari ishlatilgan; masalan transport/diamagnit taqqoslashiga oid 1-rasmda 1212, 2222, 1313 va 2323 qalinliklari mos ravishda 5, 7, 8 va 8 nm bo‘lsa, elektron zona tuzilmasini taqqoslovchi 3-rasmda 7, 5, 8 va 6 nm. Qutblanishga bog‘liq 2323 o‘lchovida esa 5 nm qalinlikdagi plyonka ishlatilgan. Shu sababli turli rasmlardagi ma’lumotlar bitta fizik namunaning barcha o‘lchovlari kabi baholanmasligi kerak.

Asosiy elektron natija

To‘rtta tuzilmani birga tekshirish faqat “o‘ta o‘tkazuvchi bor/yo‘q” farqidan kuchliroq taqqoslash beradi. 1212 va 2222 tuzilmalarida \(d_{z^2}\)-kelib chiqishli γII zonasining Fermi sathiga yetishi, 1313 tuzilmasida esa γIII zonasining taxminan 70 meV pastda qolishi asosiy farqdir. 2323 tuzilmasi bir vaqtning o‘zida γII va γIII xususiyatlarini olib yurishiga qaramay o‘ta o‘tkazuvchi bo‘lishi, Fermi sathidan pastda bir γIII zonasining borligi o‘ta o‘tkazuvchanlikni to‘sish uchun yetarli emasligini ham ko‘rsatadi. Tadqiqot ma’lumotlari nuqtayi nazaridan belgilovchi umumiy xususiyat o‘ta o‘tkazuvchi namunalarda Fermi sirtiga qo‘shilgan γII komponentining mavjudligidir.

Manba va usul eslatmasi

To‘liq asl tadqiqot nomi: Superconductivity and Electronic Structures of Nickelate Thin Film Superstructures

Mualliflar: 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.

Teng hissa qo‘shgan mualliflar: Zihao Nie, Yueying Li, Wei Lv, Lizhi Xu va Zhicheng Jiang.

Mas’ul mualliflar: Dawei Shen, Peng Li, Qi-Kun Xue va Zhuoyu Chen.

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

Manba turi va nashr holati: Ushbu maqolani tayyorlashda ishlatilgan yuklangan hujjat arXiv:2509.03502v3 depo versiyasidir. Dastlabki arXiv topshiruvi 3-sentyabr 2025, v3 tahriri 13-aprel 2026. Xuddi shu ish hakamlik baholashidan o‘tib Nature’da version-of-record sifatida nashr qilingan. Shuning uchun ishning joriy ilmiy nashr holati hakamlikdan o‘tgan tadqiqot maqolasidir; yuklangan faylning o‘zi arXiv versiyasidir.

Hakamlikdan o‘tgan nashr: Nature, jild 652, sahifalar 628–634, 2026. Rasmiy onlayn nashr sanasi 8-aprel 2026; son sanasi 16-aprel 2026.

DOI: 10.1038/s41586-026-10352-7

ArXiv identifikatori: arXiv:2509.03502v3. ArXiv tomonidan berilgan DataCite DOI: 10.48550/arXiv.2509.03502.

Rasmiy nashr havolasi: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10352-7

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

Jurnal: Nature.

Nashriyot: Springer Nature / Nature Portfolio.

Litsenziya va qayta foydalanish eslatmasi: ArXiv yozuvi depo versiyasi uchun CC BY 4.0 litsenziyasiga bog‘langan. Nature’ning version-of-record sahifasi esa nashr qilingan maqola uchun Springer Nature yoki tegishli huquq egasining eksklyuziv huquqlarini ko‘rsatadi. Shu sababli arXiv depo versiyasi bilan Nature nashr versiyasining qayta foydalanish shartlari alohida baholanishi kerak. Ushbu Verianla maqolasida asl Nature tasvirlari ko‘chirilmagan; asosiy miqdoriy natijalar manbaga sodiqlik saqlangan holda matn va HTML jadval shaklida berilgan.

Moliyalashtirish: Ish 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 va Science and Technology Program of Shenzhen kabi turli dasturlar tomonidan qo‘llab-quvvatlangan. Shuningdek Dawei Shen uchun Anhui Provincial Natural Science Foundation; Junhao Lin uchun Natural Science Foundation of Guangdong Province; Yueying Li uchun China Postdoctoral Science Foundation; Zhicheng Jiang uchun China National Postdoctoral Program for Innovative Talents va Xiaomi Young Talents Program qo‘llovlari bildirilgan.

Ma’lumotlar mavjudligi: Manba ma’lumotlar maqola bilan birga taqdim etilganini bildiradi.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildiradilar.

Muallif hissalari: Qi-Kun Xue va Zhuoyu Chen loyihani nazorat qildi; Zhuoyu Chen ishni boshladi va tadqiqot faoliyatlarini muvofiqlashtirdi. Zihao Nie va Wei Lv yupqa plyonka o‘stirishni Yaqi Chen yordamida, Guangdi Zhou va Zhuoyu Chen nazoratida amalga oshirdi. Yueying Li, Lizhi Xu va Zhicheng Jiang ARPES o‘lchovlarini Wenhua Song yordamida va Zhuoyu Chen, Peng Li hamda Dawei Shen nazoratida bajardi. Dawei Shen sinxrotron ARPES infratuzilmasiga kirishni ta’minladi. Peng Fu, Zihao Nie va Haoliang Huang STEM/EDS o‘lchovlari va tahlillarini Junhao Lin hamda Zhuoyu Chen nazoratida amalga oshirdi. Zihao Nie va Heng Wang transport va o‘zaro induktivlik o‘lchovlarini bajardi. Jin-Feng Jia va boshqa mualliflar muhokamalarda qatnashdi. Maqola Zhuoyu Chen, Yueying Li, Zihao Nie va Peng Li tomonidan boshqa mualliflar hissalari bilan yozildi.

Manba ichidagi nomuvofiqlik eslatmasi: Yuklangan arXiv v3 ning Extended Data Figure 5 izohida 1212 uchun tekislik ichidagi kogerensiya uzunliklari 1,76 va 2,42 nm; mos tekislikdan tashqari qiymatlar 1,90 va 3,74 nm deb yozilgan. 2323 uchun arXiv v3 izohi tekislik ichidagi qiymatlarni 1,87 va 2,29 nm, tekislikdan tashqari qiymatlarni 3,42 va 4,51 nm deb beradi. Nature’ning rasmiy onlayn version-of-record izohida bu yo‘nalish tayinlanishlari teskari shaklda berilgan: 1212 uchun tekislik ichida 1,90 va 3,74 nm, tekislikdan tashqarida 1,76 va 2,42 nm; 2323 uchun tekislik ichida 3,42 va 4,51 nm, tekislikdan tashqarida 1,87 va 2,29 nm. Bu farq jim holda tuzatilmagan va asosiy ilmiy talqin bu bahsli yo‘nalish tayinlanishlariga asoslantirilmagan.

Ilmiy talqin chegarasi: Tadqiqotning asosiy natijasi — nazorat qilingan RP nikelat supertuzilmalarida atomik qatlam tartibi, Fermi sirti va o‘ta o‘tkazuvchanlik o‘rtasida eksperimental bog‘lanish o‘rnatilishidir. \(d_{z^2}\)-kelib chiqishli γ zonasining Fermi sathiga nisbatan joylashuvi o‘ta o‘tkazuvchi va o‘ta o‘tkazuvchi bo‘lmagan tuzilmalarni ajratishda kritik elektron xususiyat sifatida aniqlangan. Biroq tadqiqot bu zonaning joylashuvini yuqori haroratli o‘ta o‘tkazuvchanlikning yagona va qat’iy sababi sifatida isbotlamaydi. 2323 uchun ilgari surilgan ikki komponentli/proximity izohi ham ehtimoliy fizik talqin darajasidadir.

Ushbu Verianla kontentining ilmiy topilmalari yuklangan ish asosida tayyorlangan. Tashqi manbalar faqat bibliografik nashr identifikatori, hakamlikdan o‘tgan Nature versiyasi, DOI va litsenziya holatini tasdiqlash maqsadida ishlatilgan; tashqi manbalardan yangi eksperimental natija yoki mexanizm asosiy ilmiy bayonga qo‘shilmagan.