超導電性是一種以零電阻和完全抗磁性為特征的現象，自1911年發現以來一直吸引著科學家。傳統的超導體，正如BCS理論所描述的那樣，通常在極低的溫度下表現出超導電性，通常需要使用昂貴且能源密集型的低溫冷卻。對高溫超導體 (HTS) 的追求，即在更高、更易于管理的溫度下表現出超導電性的材料，一直是中心目標，其動力來自于實際應用的承諾。

20世紀80年代，銅酸鹽超導體的發現，其臨界溫度 (Tc) 超過了液氮的沸點 (77K)，這是一個里程碑式的成就。然而，銅酸鹽和許多隨后的高溫超導材料通常需要復雜的化學成分，而且至關重要的是，它們的最高 Tc 值通常是在高壓下實現的。高壓超導電性雖然在科學上令人著迷，但由于維持極端壓力所需的苛刻和昂貴的條件，給實際應用帶來了重大挑戰。因此，尋找在環境壓力下表現出超導電性的材料，尤其是在高于“40K障礙”溫度下的材料，一直是長期以來且備受關注的目標。

“40K障礙”是一個有些非正式但具有歷史意義的基準。在BCS理論發現后的許多年里，人們認為傳統的聲子介導超導電性可能僅限于大約40K以下的臨界溫度。雖然非常規機制允許更高的Tc值，但在環境壓力下，在新材料系列中實現高于40K的超導電性仍然被認為是重大的突破，表明可能存在新的超導機制或材料特性。

最近發表在《自然》的論文，關于(La,Pr)3Ni2O7薄膜中環境壓力下40K 以上超導電性的報告，在科學界引起了相當大的轟動。鎳酸鹽是一類基于鎳氧化物的材料，已成為探索非常規超導電性的一個有希望的領域。雖然銅酸鹽是銅氧化物，但鎳酸鹽在電子結構上有一些相似之處，這導致人們猜測它們也可能具有高溫超導電性。

來自南方科技大學和清華大學的研究人員采用先進的薄膜制造技術合成了高質量的鎳酸鹽薄膜。具體而言，他們使用巨氧化原子層逐層外延技術（GOALL-Epitaxy）在SrLaAlO4基片上生長了三單元厚的La2.85Pr0.15Ni2O7單晶薄膜。這一精細的工藝實現了對薄膜成分和結構的精確控制。

研究人員進行了各種測量來表征薄膜的超導特性。通過電阻測量確定了超導性的起始，磁化率測量確認了超導性的Meissner效應。此外，他們還采用掃描透射電子顯微鏡（STEM）和X射線倒易空間映射（RSM）來研究薄膜的結構特性。

研究報告了幾個關鍵發現：

• 高Tc起始點：根據電阻率測量結果，La2.85Pr0.15Ni2O7 薄膜表現出 45 K 的超導轉變溫度。這明顯高于之前報道的鎳酸鹽超導體的 Tc 值。
• Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）行為：零電阻轉變顯示出與BKT行為一致的特征，這是一種與二維系統相關的相變。BKT轉變溫度確定為9 K。
• Meissner效應： 磁化率測量顯示了Meissner效應，8K時觀察到抗磁效應的起始，與BKT轉變一致。
• 各向異性：臨界磁場表現出各向異性，平面內和平面外方向的值不同。這表明超導特性受薄膜方向和結構的影響。
• 應變工程：STEM 和 RSM 分析表明，薄膜在約 2% 的相干外延壓縮應變（相對于體相）下呈現四方相。這種應變可能是增強超導性能的關鍵因素。

總之，在(La,Pr)3Ni2O7薄膜中發現40 K以上的常壓超導性是高溫超導體研究中的一個重要成就。研究人員采用的精細合成和表征技術為未來探索鎳酸鹽和其他材料家族鋪平了道路。隨著該領域的不斷發展，這些發現無疑將激發進一步的研究和創新，使我們更接近于實現超導技術的全部潛力。