无限层镍酸盐超导体中揭示各向异性相位刚度的矢量电流技术研究

本研究通过创新的矢量电流技术，首次在无限层镍酸盐超导体Nd0.8Sr0.2NiO2中揭示了相位刚度（phase stiffness）的显著各向异性。研究发现超导态与正常态的对称轴存在160° vs 125°的错位，表明电子向列性与超导相位相干性受不同机制调控。该成果为理解铜氧化物和镍酸盐等非常规超导体的统一框架提供了关键实验依据，发表于《Nature Communications》。

　　

在探索高温超导机制的征程中，相位刚度（phase stiffness）——这个描述超导相位变化能量代价的关键参数，一直是解开非常规超导体谜团的核心钥匙。传统超导体中，相位波动可以忽略不计；但在铜氧化物和铁基超导体中，低载流子密度导致相位波动主导超导转变。然而，这些材料复杂的"交织序"（intertwined orders）现象，使得分离相位刚度的本征特性成为巨大挑战。

最近发现的无限层镍酸盐超导体Nd_0.8Sr_0.2NiO₂展现出独特优势：其超导态（T_c≈15 K）附近不存在长程自旋或电荷密度波序，为研究"纯净"的相位波动提供了理想平台。中国的研究人员通过自主研发的"矢量电流"技术，首次实现了超导体各向异性相位刚度的原位测量，相关成果发表在《Nature Communications》。

研究团队采用脉冲激光沉积（PLD）结合拓扑化学还原法制备15 nm厚Nd_0.8Sr_0.2NiO₂薄膜，通过八端子器件设计实现电流方向0-360°连续调控。结合非线性I-V特性、热激活涡旋流（TAFF）和BKT转变分析，定量提取了不同方向的相位刚度J。关键实验技术包括：高分辨HAADF-STEM表征薄膜结构、COMSOL模拟验证矢量电流方法可靠性、角度分辨输运测量（ADMR）等。

电子向列性与超导态的错位各向异性

正常态电阻在θ_N=125°方向出现极小值，呈现典型二重对称性。令人惊讶的是，超导转变温度T_mid却在θ_SC=160°方向达到最大值。这种20°的对称轴偏移在铜氧化物La_1.8Sr_0.2CuO₄和镍酸盐La_0.8Sr_0.2NiO₂中均被验证，排除了样品不均匀性的影响。

相位刚度的各向异性起源

通过分析V∝I^α关系发现，160°方向的涡旋-反涡旋对最难被电流解离（α最大值）。热激活能U/k_B在该方向也最高，证实相位相干性沿此方向最"刚硬"。基于Feigel'man-Geshkenbein-Larkin模型计算显示，相位刚度J在160°方向比其它方向高约30%。

跨材料体系的普适性规律

镍酸盐和铜氧化物均表现出J/T_c≈1的特征值，远低于传统超导体，印证了相位波动主导机制。值得注意的是，三种材料的θ_SC均偏离晶体主轴（0°/90°）和电子向列性方向，暗示超导相位相干性可能受尚未发现的量子序参量调控。

这项研究突破了传统超导体各向同性相位刚度的认知框架，提出"各向异性相位刚度"可能是非常规超导体的普适特征。其重要意义在于：

1. 实验证实超导相位相干性可以独立于电子向列性和晶体对称性存在；
2. 为解释铜氧化物/镍酸盐超导相图中复杂的交织序提供了新视角；
3. 发展的矢量电流技术为研究二维材料、拓扑超导体等新型量子材料开辟了新途径。

该发现可能推动发展包含"量子几何相位"的新理论框架，未来通过极低温STM观测θ_SC方向的配对波函数对称性，或将成为验证这一猜想的关键。