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专题：镍基超导研究进展

镍基Ruddlesden-Popper相高温超导薄膜的制备与优化

吕威，聂子豪，汪恒，陈亚奇，黄浩亮，周广迪，薛其坤，陈卓昱

物理学报, 2025, 74(22):227403

doi：10.7498/aps.74.20251080

cstr：32037.14.aps.74.20251080

常压镍基高温超导电性的发现，为深入地探索镍基超导机理带来了新平台。然而，Ruddlesden-Popper相镍氧化物在热力学上处于亚稳态，对其结构和氧含量的精准控制极具挑战。本文介绍了利用强氧化原子逐层外延生长技术在LaAlO₃和SrLaAlO₄衬底上制备单相、高质量的Ln₃Ni₂O₇(Ln为镧系元素)薄膜的系统方法。其中，(La，Pr，Sm)₃Ni₂O₇/SrLaAlO₄超导薄膜的超导起始转变温度(T_c,onset)达到50 K。阳离子化学计量偏差、逐层原子覆盖度、薄膜与衬底界面重构和氧化条件是影响薄膜Ln₃Ni₂O₇晶体质量和超导性能的4个重要因素：1)精准的阳离子化学计量控制会抑制晶体杂相的产生；2)原子逐层的完整覆盖和3)优化的界面重构可以减少薄膜的堆垛层错；4)准确的氧含量调控则是实现超导单转变和高T_c,onset的关键。这些发现对各类氧化物高温超导薄膜的逐层外延生长具有借鉴意义。

图1 (a) GAE生长示意图；(b) n = 1，2，3，4镍氧化物RP相XRD θ-2θ扫描结果和(c)结构示意图；(d) (00 4n+2)峰位对于RP相A/B位名义摩尔比的依赖关系^[22]

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专题：镍基超导研究进展

Ruddlesden-Popper相层状镍基超导配对机理及相关物性的弱耦合理论研究

张铭，刘玉波，邵芷嫣，杨帆

物理学报, 2025, 74(22):227401

doi：10.7498/aps.74.20251179

cstr：32037.14.aps.74.20251179

压力下双层镍氧超导体展现出高达80 K的超导临界温度，使Ruddlesden-Popper (RP)相层状镍氧化物成为研究非常规高温超导机制的新平台。本文从弱耦合理论计算角度出发，系统回顾了近期在RP相层状镍酸盐中非常规超导配对机制的理论研究进展，内容涵盖配对对称性、主导轨道成分及其自旋涨落特征等方面，涉及加压条件下的La₃Ni₂O₇，La₄Ni₃O₁₀，La₅Ni₃O₁₁块材以及常压条件下的La₃Ni₂O₇薄膜等多个体系。这些材料普遍表现出以与轨道为主导的低能电子自由度。在RP块材中，无规相近似、泛函重整化群和涨落交换近似等弱耦合方法普遍支持一种由自旋涨落介导、以层间轨道为主导的s^±波配对机制。其中，La₃Ni₂O₇块材的超导可能与费米面上γ口袋的出现密切相关，该口袋源于轨道成键态的金属化过程。另一方面，La₄Ni₃O₁₀的超导特性主要取决于洪特耦合强度和掺杂浓度，而非能带细节；而La₅Ni₃O₁₁则因层间约瑟夫森效应，呈现出穹顶型的压力-超导相图。对于La₃Ni₂O₇薄膜，理论研究表明其可能存在s^±波与d_xy波竞争的配对特征。此外，常压下的自旋密度波序与超导存在紧密联系。整体而言，弱耦合理论不仅解释了实验现象，还为在常压下实现高温超导提供了理论思路。

图9 高压下La₃Ni₂O₇的RPA计算结果^[68]   (a) χ^s的最大本征值在布里渊区的分布，最强自旋涨落的波矢记为Q₁，其余较强的自旋涨落波矢记为Q₂，Q₃；(b)不同配对对称性的配对本征值λ随U变化的函数关系；(c) s^±配对的能隙函数在费米面上的分布，Q₁为费米口袋的嵌套矢量，与图(a)中的自旋涨落矢量相等

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专题：镍基超导研究进展

三层镍氧化物高温超导研究进展

张明鑫，裴翠颖，齐彦鹏

物理学报, 2025, 74(22):227402

doi：10.7498/aps.74.20251258

cstr：32037.14.aps.74.20251258

近期，双层镍氧化物La₃Ni₂O₇在压力下呈现的高温超导电性引发了广泛关注，进一步推动了镍基超导领域的研究热潮。对不同非常规超导体开展系统的比较研究，有助于深化对高温超导机制的理解。相较于铜基超导体，镍基体材料在晶体结构、电子结构与物性行为上存在显著差异，其实验研究亦面临更多挑战，例如静水性对零电阻、抗磁性测试的影响，单晶氧空位缺陷以及压力下诱导的结构相变等。本文针对三层镍氧化物体材料，总结了高温超导研究进展及相关挑战，为后续镍氧化物新超导体系的研究提供了参考。

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专题：镍基超导研究进展

三种原位原子氢还原手段对无限层镍氧化物超导体的优化

郭楠，安志彤，陈志辉，丁翔，李迟昊，樊钰，徐海超，彭瑞

物理学报, 2025, 74(22):227404

doi：10.7498/aps.74.20250903

cstr：32037.14.aps.74.20250903

近年来，无限层镍氧化物薄膜作为首个实现超导电性的镍氧化物体系，引起研究者广泛关注。该材料通过将钙钛矿结构前驱体去除顶角氧获得。传统的CaH₂封管还原法虽简单有效，但属于非原位手段且容易造成表面非晶化，不适用于表面敏感实验的研究。为了解决该问题，本文在超高真空腔体中建立了3种不同的原位原子氢还原方式(科研用射频等离子体裂解源、工业用射频等离子体裂解源和热裂解源)，系统探索各自的最优还原条件，并比较不同还原方式对薄膜表面形貌和超导转变温度等性质的影响。多种原位还原方式的优化和对比对于进一步提升无限层镍氧化物的表面质量及超导性能至关重要。结果表明，3种原位手段在降低薄膜表面粗糙度方面相比于CaH₂还原表现出优势，工业用射频等离子体裂解源和热裂解源可实现优于CaH₂的超导性能。研究还系统介绍了各还原方式的参数优化结果，为实现高质量无限层镍氧化物薄膜的可控还原提供了重要参考。

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专题：二维材料与未来信息器件

二维材料宽谱光电探测器研究进展

崔月赢，宋俊明，赵伟玮，杨昉，刘宏微，倪振华，吕俊鹏

物理学报, 2025, 74(22):228503

doi：10.7498/aps.74.20251115

cstr：32037.14.aps.74.20251115

随着高速成像、航空航天及光通信等领域的快速发展，对覆盖宽光谱范围且具备高性能的光电探测器需求日益迫切。二维材料因其独特的结构维度、可调的电子结构以及优异的载流子输运特性等，被视为宽谱光电探测的理想候选材料。然而，实现兼具高响应度与高速响应的宽谱探测器仍面临诸多挑战。本文首先介绍了二维材料的光电特性基础，包括带隙调控机制与光谱响应范围、载流子输运及复合过程、光吸收特性等，为理解其宽谱探测能力奠定理论基础。随后，系统地梳理了窄带隙二维材料、二维拓扑材料以及二维钙钛矿材料体系在宽谱探测中的研究进展。接下来重点探讨了异质集成、缺陷调控、光场增强以及应变调控等四类提升二维材料光电探测性能的有效途径。最后，对二维材料宽谱光电探测器在高性能、低功耗、多功能化及规模化应用方面的挑战与发展前景进行了展望，指出多种策略的协同集成有望推动新一代宽谱光电探测器的实用化进程。

图2 基于二维材料的复合结构示意图以及实例   (a) 二维材料与其他材料复合示意图^[44]；(b) 全二维材料复合结构^[48]；(c) 二维材料与体材料复合结构^[49]；(d) 二维材料与量子点材料复合体系^[50]

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专题：二维材料与未来信息器件

基于二维材料光电器件的传感器内计算与应用进展

石旗，田茂鑫，杨权，张晓伟，赵昱达

物理学报, 2025, 74(22):228501

doi：10.7498/aps.74.20251093

cstr：32037.14.aps.74.20251093

随着大数据和人工智能技术的飞速发展，图像传感器向着多光学维度高质量成像和智能化信息处理方向发展。传统的图像传感器架构由于感存算分离在处理指数级增长的视觉信息时面临存储墙和功耗墙瓶颈。近年来，基于二维材料的光电探测器在性能提升方面取得了显著的进展，并与传感器内计算技术相结合，为图像在传感器内智能处理开辟了新路径。本文系统地综述了高性能二维材料光电探测器及图像智能处理技术的最新进展。首先，介绍了二维材料光电探测器的感知特性及其关键性能指标；随后，探讨了探测器内图像预处理方法；接着，总结了基于二维材料器件的传感器内计算技术及其在各类神经网络中的创新应用；最后，分析了利用二维材料开发新一代图像处理器件所面临的挑战与机遇。

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专题：二维材料与未来信息器件

二维非层状磁性材料的研究进展

王涛，史佳欣，薛武红，许小红

物理学报, 2025, 74(22):227501

doi：10.7498/aps.74.20251177

cstr：32037.14.aps.74.20251177

二维磁性材料是指厚度极薄且能够维持长程磁有序的纳米材料。这类材料展现出明显的磁各向异性，并由于量子限制效应与高比表面积特性，导致电子能带结构与表面状态发生显著变化，因此具有丰富而可调控的磁性，并在自旋电子学领域展现出巨大的应用潜力。二维磁性材料包含层间通过弱范德瓦耳斯力堆叠而成的层状材料和三维方向均通过化学键结合的非层状材料。当前大多数研究都集中在二维层状材料，而这些材料的居里温度普遍远低于室温，且空气稳定性差。相比之下，非层状结构增强了材料的结构稳定性，同时表面丰富的悬挂键增加了修饰其物理性质的维度。这类材料正日益受到学术界的广泛关注，并且它们的合成与应用已取得了重大进展。本综述首先梳理了各种二维非层状磁性材料的制备方法，并系统介绍了近5年来在各类材料中获得的二维非层状本征磁性材料以及它们在超薄极限下涌现出的一系列新奇物理现象，同时也讨论了理论计算在揭示这些新奇现象时的关键作用以及修饰磁性的一些重要手段。最后展望了二维非层状磁性材料在自旋电子器件中的应用潜力与发展方向。

图1 二维非层状磁性材料的分类^[11] 

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《物理学报》2025年第22期全文链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2025/22