解决 Strain-Engineered La$_3$Ni$_2$O$_7$ 薄膜超导性的结构起源

在高水平压力下发现的 La$_3$Ni$_2$O$_7$ _bulk_ 材料以及近期在生长应力薄膜中的双轴压缩超导性，引发了对原子结构与电子结构相互作用的广泛关注。认为金钢-氧键环境的细微变化是稳定超导性的关键驱动力，但具体是哪些键以及哪些修改仍未得到明确。虽然在高压下进行原子尺度的结构表征目前尚不可行，但通过静态应力稳定的 La$_3$Ni$_2$O$_7$ 薄膜为新的尺米分辨率电子显微镜方法提供了适合的研究平台。本文采用多尺度电子ptychography 图谱，直接测量了 La$_3$Ni$_2$O$_7$ 薄膜在通过基片调控的广范围双轴应力下的原子尺度结构演化。通过解析阳离子和氧离子配位子，我们研究了应力依赖的原子键演化，为隔离和消解稳定超导性的特定结构图案提供了可能。我们识别出通过压缩应力下金钢-氧八面体形变导致晶体对称性被打破，这是超导性的关键结构因素。与此前认为的 c 轴压缩不同，我们的结果强调生长薄膜中垂直于晶面方向的双轴压缩对超导性的重要性，这为电子结构提供了另一种——可能类似于高温超导体的——理解。我们还识别出晶体缺陷处氧化物化学计量性和高内部应力的局部不均匀区域，为提高超导过渡温度和温度宽度提供了潜在途径。