揭示超导转变温度（Tc）与材料基本物理量的定量关系，被视为破译超导电性微观起源的关键。不同于常规Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）理论中Tc由电子配对强度决定，非常规超导体的Tc往往与零温超流密度（ρs0）呈现出强相关性。后者正比于超导序参量的相位刚度，反映了超导态抵抗热力学或量子相位涨落的能力。以空穴型铜基超导体为例，其欠掺杂区域存在的Uemura定律。而在过掺杂区域，先前I. Božovi团队对La2-xSrxCuO4 (LSCO)薄膜的互感线圈测量发现Tc与ρs0在Tc > 12 K服从有截距的线性关系： (T0, α > 0为常数参量)，在Tc < 12 K则过渡为抛物线关系：。这种Tc与ρs0的关联性反映铜基超导体中存在较强的相位涨落。

近年来发现的无限层镍基超导体Nd1-xSrxNiO2（NSNO）具有与铜基超导体类似的晶体结构与价电子构型，但在化学掺杂相图和超导配对对称性上又与铜基超导有所区分。探究NSNO中与的关系将有助于进一步澄清两种材料体系间超导电性的共性与差异。然而，NSNO薄膜制备过程中的氢化还原步骤通常会带来显著的不均匀性，阻碍了利用互感线圈等常规体测量手段来获取超流密度。

针对以上难点，王熠华课题组借助扫描超导量子干涉仪（sSQUID）的微区磁化率测量模式，对NSNO薄膜的超流密度和Tc 进行了细致的实空间成像。他们发现样品中普遍存在微米尺寸的弱抗磁环。对应的，局域Tc 也呈现出显著的不均匀性（图1）。基于磁化率数据，他们进一步获得了超流密度的空间分布，并提炼出了ρs0与局域Tc之间的定量关联（图2）：Tc > 8 K时服从线性关系（红色虚线），Tc < 8 K时则转变为抛物线关系（蓝色虚线）。令人惊讶的是，此行为与LSCO的Tc-ρs0关系（空心圆）高度相似。

这些实验结果表明NSNO的Tc也和铜基超导一样由超流密度主导，违背了传统的BCS范式。Tc-ρs0定量关系上的相似性则进一步反映两种体系的超导电性受控于类似的物理原理，为理解镍基超导的微观机理提供了新的视角。

该工作近日以“Correlation between superfluid density and transition temperature in infinite-layer nickelate superconductor Nd1-xSrxNiO2”为题在线发表于National Science Review。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、上海市科技重大项目、上海市科委、四川省科委、中国博士后科学基金会等基金项目的支持。电子科技大学物理学院乔梁教授课题组提供了高质量的NSNO样品。

论文链接：

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwag068/8450192

图1：NSNO超导抗磁性的温度演化及超导转变温度的实空间分布。在微米尺度上，超导电性呈现显著的不均匀性。

图2：NSNO中超流密度（以Λ-1表示，Λ为Pearl穿透深度）和超导转变温度（Tc）的关联性。对于Tc > 8 K的点，两者满足线性关系；对于Tc < 8 K的点，两者满足抛物线关系。