超导电性物理作为近现代凝聚态物理和量子材料屈指可数的、长盛不衰的前沿领域，数十年来吸引了一代一代最优秀的物理大脑们浸淫其中而殚精竭虑。对于外行而言，所谓超导体，大概就是超级导体、没有电阻。与普通金属相比，超导体可以无阻碍地通过很大的电流而没有能量损耗。一个形象的表达便是：在一个超导体环中引入电流，此电流便可在环内无衰减地、永不停息地流动！超导体的另外一个著名效应即是完全抗磁性，外加磁场可被超导体无条件排斥或被其中磁通钉扎住而无法动弹。实验上，超导体能承受的临界电流密度可达 10^6A / cm^2量级。如此一来，就可设计大量实际应用来利用超导体的这一优异载流能力，也可利用磁通钉扎的性质来实现磁悬浮等应用。
人类对超导体及超导电性倾注了巨大热情、寄予了巨大希望。风萧雨歇之后，一代一代超导体诞生出来，并被制备、理解、优化及至应用演示。不过，限于超导转变温度还不够高，超导体实际应用场景却远没有想象和预言的那么广阔丰富。即便如此，我们还是能看到有更多聪明的大脑和更多的资助涌向超导电性这一永不枯竭的研究领地。
外行们不禁要问：超导电性到底有何非凡之魔力，竟然能够在应用颇为受限的情势下还依然能备受青睐而青春永驻？!
超导体的研究意义在于深化我们对于物质本质的理解。 超导现象最初是由荷兰物理学家海克·卡梅伦发现的。 当时，他在研究温度低于4.2K的ห้องสมุดไป่ตู้时，发现电流在其中可以无阻抗地流动，这一发现震惊了整个物理学界。 从此以后，超导现象就成为了物理学领域中备受关注的话题。 由于超导体的独特性质，它对于我们理解物质的本质提供了极为重要的线索。 超导体的研究可以帮助我们深化对于物质的电子结构、自旋、电荷密度等方面的认识，有助于我们进一步探索物质的本质。 除了理论意义，超导体还具有广泛的应用价值。 超导体的最大特点就是电阻为零，这意味着它可以用来制造高性能的电子器件，例如超导电缆和超导磁体。 超导电缆可以用于输电，其输电效率比传统电缆高出数倍，可以大大节省能源。
以下是一些可能对您有用的信息：
- 无电阻输运和无耗散环电流，是展示超导电性神奇的最基本性质，也是超导强电应用的基础。而超导弱连接，以超导约瑟夫逊结为例，既是当前超导高精度测量的核心，更可能是未来量子计算的主要功能单元之一。
- 完全抗磁性和利用磁通钉扎是支撑磁悬浮技术的基本效应。在高磁场下，磁力线注入超导体中，形成一个个量子化的磁通涡旋，表现为磁场在超导体内部被强力束缚而动弹不得。超导磁通甚至可以形成规则的阵列，作为一个介观物态呈现出丰富物理内容而广受关注。
- 常规超导中，电子结对可以在波矢空间展现，也可以在实空间呈现。能展示惊人的、且为人类所利用的电-声子相互作用物理，库珀对毫无疑问位居第一。也因此，库珀对是电-声子物理研究的宠儿。
- 超导体因其特殊的物理性质，在能源电力、医疗健康、交通运输、基础科研、精密测量和量子计算等多方面都有重要的用途。
以下是重构后的内容：
(6) 在实空间中，电子库珀对似乎展示了电子-电子关联的雏形，尽管这种关联在常规超导体中可能很弱。然而，在高温超导体中，电子关联物理(磁性)成为主要角色。这种转变推动了关联物理和量子材料从固体物理的补充与延伸，成为凝聚态物理的主体和骨干。在这个过程中，超导物理扮演了先遣队、主力军、强攻者和常胜之军的角色。
(7) 二维超导的研究始于界面约束，发展到表面约束和本征的二维超导体，构成了异质结或外延界面处二维电子气物理的主体议题。从早期的分子束外延制备准二维薄膜，到现在高质量外延异质结界面，再到天然或插层制备二维材料，以及场效应管结构 (离子) 栅极调控界面等，制备技术与二维超导物理一起构建了低维凝聚态物理的范畴。
(8) 二维魔角超导电性开创了超导物理的新自由度。通过精确调控双层材料之间的相对转角，形成了包括 Moire 条纹在内的新对称性和自由度。从能带显著平带化这一“强关联”视角看，魔角超导电性将是超导研究的新地平线。
(9) 拓扑超导新物理是一种全新的概念。拓扑超导并不是简单的1 + 1 = 2,即不是简单的超导态加上拓扑量子态。以拓扑绝缘体一类为基来陈述：体系的体态内存在超导能隙，呈现超导电性；而表面态则是受拓扑保护的金属态。注意，这里的金属表面态不单纯是金属电子导电，而是集粒子与反粒子于一体的 Majorana 表面态。追求这种阴阳一体之量子态，是未来量子信息的主要目标之一。
(10) 近几十年来，超导电性物理为凝聚态物理之外的物理分支提供了诸多新的概念、新的理论、新的准粒子、新的物态。电子库珀对被认为是一种天才一般的物理现象，除了是超导电性的灵魂，还有观点认为它也是弱相互作用的某种类比表现形式。这种认识正在引起关注。
当然，我们还可以罗列更多关于超导物理的内容，但这些已经足够表达对这帮聪明脑筋转动不停的物理人的敬意和信任。他们不仅展示了“超导”之名下那取之不尽、用之不竭的新物理，也将风霜留下的坚持、坚毅和不懈努力雕刻于这一领地之上。图1只是展示了其中几个最简单的物理元素。
超导体的应用非常广泛，以下是一些例子：
- 磁悬浮列车：超导体的完全抗磁性使得它们可以用于制造磁悬浮列车。这种列车不需要接触轨道，而是通过磁场浮起来，从而减少了摩擦和能量损失。
- 医疗设备：超导体也可以用于制造医疗设备，例如核磁共振成像(MRI)和核磁共振谱仪(NMR)。
- 能源：超导体可以用于制造高效的输电线路，因为它们可以使电流在导线中以零电阻的方式传输。
- 电子学：超导体还可以用于制造量子计算机和其他高速电子器件。
在1957年，超导研究迎来了巴丁、库珀和施里弗创立的BCS理论。这一理论成功地解释了常规超导体的形成机制，其中最重要的思想即是超导体中电子不再是单独运动，而是两两配对，形成库珀对。电子的配对源自电子-晶格相互吸引，然后凝聚到宏观的量子相干态，其相位成为刚性整体。此时载流子流动不再受晶格振动的散射影响，进入超导态。然而，在这一时期内，超导转变温度保持在很低水平(<40 K),未能实现跨越或突破。
直到1986年，超导物理学发生了一件众所周知的大事：在非常绝缘的铜氧化物LaCuO4适当掺杂后，观测到30K左右的超导转变。这一发现完全颠覆了“教科书”中的内容：超导电性恰恰发生在氧化物中、源于绝缘相、毗邻反铁磁态。由于这一发现，超导物理发生了翻天覆地的变化，当然也包括发现者贝德诺尔茨和米勒被授予诺贝尔物理奖。从图3可以看出，1986年后超导临界温度出现质的提高，很快突破液氮瓶颈。由于临界温度相对较高，超导人将这一类铜氧化物超导体称之为高温超导体。更进一步，它们展示了很多奇异的物理现象，也被泛称为非常规超导体。
然而，尽管存在很多争论，但超导物理界主流的声音很洪亮：BCS理论不再适用于此类超导现象，电子配对的图像不大可能再是简单的电-声子相互作用，且真正的成因或机制总是让人捉摸不透。待到2008年，铁基超导体家族随之被发现和壮大，为超导机理的研究注入了新的活力或说复杂性。当这两类体系被认为是迄今为止主要的两大类非常规高温超导体时，实际上超导物理的理解已经变得更加扑朔迷离。
因此，超导人们需要继续深入研究超导机理和已有材料，但更吸引人的还是寻找新的超导体体系，看看能否找到能够解开超导机理面纱的新招数。事实上，随着研究的深入，拘泥于仅有的两大非常规超导家族已经很难得到普遍的规律和共识。超导人们奢望能否再兵行奇招，试图再找到一个铜基、铁基之外的第三家族，以期能够改善当下超导物理纷繁复杂的局面。
您好！您提到的镍基超导是一种新型的高温超导材料，它的物理机制是基于双镍氧层钙钛矿相的。该研究结果表明镍基高温超导电性起源于双镍氧层钙钛矿相，并揭示微观结构无序对La 3 Ni 2 O 7 中高温超导电性的不利影响。这一工作对于镍基高温超导材料的进一步优化设计与合成具有重要指导作用，将推动镍基高温超导体的研究进程。
最近一段时间，超导人都在努力地了解这一新生儿。然而天底下没有两片完全一样的树叶。相比铜氧化物，镍基体系有许多类似之处，但更有其自身独特的性质，需要我们沉下心来仔细琢磨和探索。自然，超导界非常关心它的超导形成机制，更关心它能否对当前尚未厘清的超导物理图像有所贡献。因此，镍基超导作为第三种力量，获得关注合情合理。
您好，镍基超导体的配对机制是指电子在镍基超导体中的配对方式。目前，对于镍基超导体的配对机制还没有得到完整的解释和证实。但是，有一些研究表明，镍基超导体的配对机制可能是由层内配对和层间配对共同作用形成的。
在Nd1-xSrxNiO2薄膜中发现了9-15 K左右的超导电性，随即在超导领域掀起了一股研究热潮。对于新超导体，第一个要关心的是其电子配对机制，具体表现在其超导能隙函数上。
超导态都是电子形成库珀对然后凝聚的产物。超导机理的核心问题就是关于电子库珀对的成因。铜氧化物超导体的母体是莫特绝缘体，镍基超导体的母体 NdNiO2
也属于电子关联性较强的系统。NdNiO2
中 Ni 的最外层电子轨道占据与铜氧化物一致，均为3d9,掺杂空穴后形成超导。先前的理论研究推测，Nd1-xSrxNiO2
主要的配对形式也许与铜氧化物类似，具有d波超导能隙，即具有V型隧道谱。在此，请先允许笔者以一张简单的图片，阐述一下扫描隧道显微镜以及隧道谱测量的工作原理，以便读者的理解。如图4所示，给针尖和样品之间加一偏压V,测量隧道电流I。X、Y方向控制针尖在样品表面扫描。扫描的过程中，Z方向受反馈控制，可以改变针尖离远或离近样品，从而可以调节隧道电流大小。一个核心的测量是I–V曲线的一阶导数dI/dV,称之为隧道谱。dI/dV正比于针尖所处位置样品的局域态密度，直接反映样品本身的能带电子的信息，可用来判定超导体的能隙函数形式。这是揭开库珀对电子神秘面纱十分强有力的工具。
接下来，即在超导的Nd1-xSrxNiO2
薄膜中测量隧道谱。测量温度0.35K,是一个十分低端的温度。图5(a)显示的是实验测得的典型V型隧道谱(空心圈),外加用BCS理论d波能隙函数拟合结果(红色曲线)。实验和理论非常好地吻合在一起。图5(b)显示的是在一条线上5个位置测得的V型隧道谱。图5(c)显示的是实验测得的完全能隙的隧道谱(空心圈)以及BCS理论s波能隙函数拟合结果(红色曲线)。实验和理论吻合得也较好。图5(d)显示的是在一条线上5个位置点测得的完全能隙隧道谱。
轨道贡献，表现为从布里渊区 M 点为中心的空穴型口袋一直演变到 Z 点为中心的电子型口袋，d 波超导能隙被认为主要分布于此。在 Γ 点 (0, 0, 0) 和 A 点 (π， π， π) 存在两个较小的电子型费米口袋，由 Nd 的 5d 轨道和 Ni 的 3d 轨道杂化形成。轨道间相互作用导致电子配对类似于铁基超导体中的电子配对形式。具体的超导能隙分布如图 6 所示。
然而，这个较小的完全能隙(full gap)之来源还有另外的理论解释。实验细节和理论讨论的细节在这里似乎不必赘述，笔者想传达的意思在于：闻海虎们首次从微观上看到了镍基超导体中库珀对的信息，也就是超导能隙函数的具体形式。当然，古人云盲人摸象，这里的工作也处于摸索的过程。到底是摸到了鼻子、还是象牙，还得继续进行，以获得整体图像。
图 6. Nd1-xSrxNiO2 费米面和超导能隙函数形式。(a) & (b) 分别是布里渊区 kz=0 和 kz=π 处费米面上对应的能隙大小。(b) & (d) 分别是布里渊区 kz=0 和 kz=π 处费米面上能隙函数相位分布示意图。红蓝颜色代表费米面上超导能隙相位的正负。
5. 未完的话
诚然，“千呼万唤始出来”的镍基超导体正式登台亮相、进入人们的眼帘，不过是最近的事情。虽然我们的认识还不过是冰山一角，但镍基超导研究历经多年尝试终得兴起，无疑也为超导机理研究注入新的活力。至此，高温超导体两大家族“铜基”和“铁基”之外，出现了第三股力量。这股力量有没有值得渲染的新意和特色，值得关注。
随着进一步研究，超导人越来越期待镍基超导体系可以发展壮大成为新一类的超导体家族。本文所科普的这一工作，其意义在于从实验上测得 Nd1-xSrxNiO2 超导薄膜中超导能隙的主要物理信息，反映出强关联效应和可能的交换反铁磁涨落是超导配对的主因。很显然，相关佐证和夯实工作也期待后期角动量分辨的谱学测量结果。无论如何，Nd1-xSrxNiO2 与铜氧化物之间既有相似之点、也有不同之处，从而对继续开展 Nd1-xSrxNiO2 的深入研究提出了问题和可能的目标。闻海虎们这一工作于近日以“单粒子隧道光谱 of superconducting Nd1-xSrxNiO2 ”为主题发表在《Physical Review Letters》上。
这篇文章是Nature Communications上发表的一篇论文，题为“NiO2 thin films”。该论文的研究团队首次从实验上测量出了Nd 1-x Sr x NiO 2 超导薄膜的超导能隙，这一结果揭示了Nd 1-x Sr x NiO 2 与铜氧化物之间既有相似之点也有不同之处，并为接下来继续对Nd 1-x Sr x NiO 2 开展深入研究奠定了坚实的实验基础 。
