高壓條件下La₃Ni₂O₇中的高溫超導性引起了學術界的廣泛關注，但該超導相卻相當脆弱。盡管通過用Pr替代La可以實現塊體超導性，但其潛在機制尚不清楚。另一個難題是氧含量的作用：適度的氧化可增強超導性，而高壓氧退火則會抑制超導性。清華大學王亞愚、中科院物理所陳震、程金光等人通過高分辨率顯微技術+能譜分析+理論計算，首次可視化并定量分析了Pr摻雜和氧退火對La₂PrNi₂O_7+δ超導性能的影響機制，發現了間隙氧有序相及其對超導的抑制作用，為理解鎳酸鹽超導機制和材料設計提供了關鍵實驗與理論依據。研究成果以Interstitial oxygen order and its competition with superconductivity in La₂PrNi₂O_7+δ為題發表于Nature Materials，并早在8月5日上傳了預印本平臺arxiv。

1：首次將多片層電子疊層成像（MEP） 與電子能量損失譜（EELS） 結合，實現對雙層鎳酸鹽中氧空位和間隙氧的原子級可視化和定量分析。MEP技術提供了對輕元素（如氧）的高靈敏度成像，尤其在復雜氧有序結構中表現出優越性能。

2：發現Pr³?優先占據外層La位，有效增大間隙體積，促進內頂端氧空位的消除，從而實現近化學計量比的La?PrNi?O?。這一機制解釋了為何Pr摻雜能顯著提升超導體積分數（達97%），而純La?Ni?O?中氧空位較多，超導性能較差。

3：高壓氧退火（HPO） 誘導形成stage-1型間隙氧有序結構，具有準一維條紋狀排列。這種有序結構導致：晶格畸變（NiO?八面體傾斜方向反轉）；引入額外空穴載流子（每個間隙氧貢獻約2個空穴）；抑制超導，即使在14 GPa高壓下也無超導轉變。這與銅酸鹽中間隙氧增強超導的行為形成鮮明對比，凸顯鎳酸鹽獨特的電子結構。

4：HPO樣品中存在相分離：stage-1有序相（period-b 和 period-2b）與原始327相共存。EELS mapping顯示空穴摻雜強度與間隙氧密度直接相關，且空間分布不均勻。這種相分離進一步解釋了為何HPO樣品中超導被抑制——有序相占據主導，且與超導相競爭。

5：DFT計算表明：在AG樣品中，鍵合d??能帶穿過費米面，有利于超導；在HPO樣品中，空穴摻雜使該能帶上移，脫離費米面，不利于超導；間隙氧引入的周期性晶格勢可能增強電荷/自旋密度波，與超導競爭。

圖1: 所制備的和HPO退火的多晶樣品表征。

圖2：制備樣品的原子結構。

圖3：HPO退火樣品中的間隙氧有序

圖4：間隙氧有序的相分離和空穴摻雜。

論文地址：

https://www.nature.com/articles/s41563-025-02351-2