近日，复旦大学物理学系/应用表面物理国家重点实验室殳蕾课题组与上海科技大学郭艳峰教授课题组合作，利用缪子自旋弛豫(MuSR)技术，在镍基高温超导体La₃Ni₂O₇中发现静态磁有序，相关研究成果以“Evidence of Spin Density Waves in La₃Ni₂O_7-δ”为题于发表于《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 132, 256503 (2024))，并被选为“编辑推荐(Editors’ Suggestion)”文章和封面论文。我系殳蕾教授为论文通讯作者，殳蕾课题组博士生陈锴文和焦嘉琛、郭艳峰课题组硕士生刘祥麒为论文的共同第一作者。

自从1986年铜氧化物高温超导体问世以来，理解非常规超导机理，进而发现更高超导转变温度的材料一直是凝聚态物理学中最具挑战性的问题之一。近期，在与铜氧化物具有相似的晶体和电子结构的镍氧化物La₃Ni₂O₇中，我国科研工作者在超过14GPa压力下观察到了超导电性，其超导转变温度约为80K(-193℃)，是目前已知的第二个达到液氮温区的非常规超导体系。高温超导电性往往发生在长程反铁磁有序附近，如铜氧化物与铁基122高温超导体中，均具有反铁磁磁性基态。因此，对于La₃Ni₂O₇这一新发现的高温超导体，研究奇异超导电性的关键是探索其是否也具有磁性基态。

MuSR实验技术作为局域磁性探测技术，对微弱磁性极为敏感，可直接探测样品局域磁场分布，并获得磁性体积占比。殳蕾课题组于2023年对镍氧化物高温超导多晶La₃Ni₂O₇样品进行了常压MuSR实验。实验数据明确表明温度154K以下材料中存在公度自旋密度波的静态磁有序，其体积分数接近100%，为样品本征磁性。课题组结合第一性原理计算，对材料内部自旋分布进行研究，发现实验数据支持电荷与自旋密度波共存形式。同时，也发现了样品中普遍存在的氧缺位会影响样品内部的磁性，从而为La₃Ni₂O₇高压下超导体积百分比较小提供了可能的解释。

此项研究揭示了镍氧化物高温超导体La₃Ni₂O₇的磁性基态，为阐明镍氧化物高温超导机理提供了重要线索。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、科技创新2030重大项目和上海市科委的共同资助。MuSR实验由殳蕾教授带领博士研究生陈锴文、焦嘉琛和吴琼，以及本科生张宁远在加拿大国家粒子与核物理实验室TRIUMF完成。高质量多晶La₃Ni₂O₇由上海科技大学郭艳峰教授课题组提供。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.256503

图1.《物理评论快报》第132卷，第25期封面，图示为La₃Ni₂O_7-δ结构示意图。

图2. (a)(b) 零场MuSR不对称性参数时间谱；(c) 零场MuSR不对称性参数时间谱的傅里叶变换谱；(d)缪子感受到的磁场强度随温度变化。

图3.(a) 常压下La₃Ni₂O₇晶格结构及基于第一性原理计算得到缪子停留位置；(b)自旋-电荷密度波共存磁构型；(c)缪子停留平面内的磁场强度分布。