通過空穴摻雜在無限層鎳酸鹽中以實現(xiàn)超導(dǎo)性依賴于高氧化態(tài)鎳的受控合成，然后通過拓?fù)溥€原至非常低的氧化態(tài)。迄今為止，超導(dǎo)性僅在外延薄膜中實現(xiàn)。

2025年1月10日，斯坦福材料與能源科學(xué)研究所Harold Y. Hwang教授、博士生Yonghun Lee、博士生Xin Wei在國際頂級期刊Nature Synthesis發(fā)表題為《Synthesis of superconducting freestanding infinite-layer nickelate heterostructures on the millimetre scale》的研究論文，Yonghun Lee、Xin Wei為論文共同第一作者，Harold Y. Hwang教授、Yonghun Lee、Xin Wei為論文共同通訊作者。

Harold Y. Hwang，斯坦福材料與能源科學(xué)研究所教授、所長。1993年獲麻省理工學(xué)院雙學(xué)士和碩士學(xué)位，1997年獲得普林斯頓大學(xué)博士學(xué)位。1996-2003年在貝爾實驗室任職，2003-2010年擔(dān)任東京大學(xué)副教授和教授，現(xiàn)任職于斯坦福材料與能源科學(xué)研究所。

Yonghun Lee，斯坦福材料與能源科學(xué)研究所博士生。2019年在康奈爾大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，2020年進入斯坦福大學(xué)攻讀博士學(xué)位，導(dǎo)師：Harold Y. Hwang。

Xin Wei，斯坦福材料與能源科學(xué)研究所博士生，導(dǎo)師：Harold Y. Hwang。

在這里，作者將這些技術(shù)與包括外延可溶緩沖層的異質(zhì)結(jié)構(gòu)相集成，從而能夠釋放自支撐的(Nd,Sr)NiO₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

釋放的異質(zhì)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出與優(yōu)化薄膜相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)和電子特性，橫向尺寸范圍從毫米到~100 μm不等，具體取決于相對于初始基板釋放的應(yīng)變程度。

在異質(zhì)結(jié)構(gòu)釋放后，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的變化與已報道的基底和壓力變化情況下的變化相呼應(yīng)，表明無限層鎳酸鹽超導(dǎo)性中對應(yīng)變存在共同的潛在響應(yīng)機制。

這些獨立式結(jié)構(gòu)將有助于在不受基底限制的情況下開展一系列實驗研究。

圖1：獨立無限層鎳酸鹽異質(zhì)結(jié)構(gòu)的合成示意圖及樣品在各個步驟的代表性圖像

圖2：襯底上及獨立形式的鎳酸鹽異質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)表征

圖3：轉(zhuǎn)移到SiN_x TEM窗口上的STO/Nd_0.8Sr_0.2NiO₂/STO異質(zhì)結(jié)構(gòu)的STEM圖像

圖4：襯底上及獨立形式的無限層鎳酸鹽異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電學(xué)和磁學(xué)特性

圖5：與先前報道的關(guān)于(Pr或Nd)_1-xSr_xNiO₂薄膜的比較

綜上，作者通過將軟化學(xué)技術(shù)與異質(zhì)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，合成了具有超導(dǎo)性的獨立無限層鎳酸鹽異質(zhì)結(jié)構(gòu)。研究團隊利用外延可溶緩沖層，實現(xiàn)了從毫米到約100 μm尺寸范圍內(nèi)的(Nd, Sr)NiO₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)的釋放，并詳細(xì)研究了其結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。

本研究提供了一種新的方法來合成和研究無限層鎳酸鹽超導(dǎo)體，有助于進一步探索其超導(dǎo)機理和優(yōu)化超導(dǎo)性能。自支撐的異質(zhì)結(jié)構(gòu)有望用于開發(fā)新型超導(dǎo)器件，如超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）等，其不受襯底限制的特性使其在集成應(yīng)用中具有更大的靈活性。此外，該合成方法為其他復(fù)雜氧化物材料的合成提供了新的思路，特別是在制備獨立薄膜和異質(zhì)結(jié)構(gòu)方面，具有廣泛的應(yīng)用潛力。

Lee, Y., Wei, X., Yu, Y.?et al.?Synthesis of superconducting freestanding infinite-layer nickelate heterostructures on the millimetre scale.?Nat. Synth.?(2025).