NpjComput.Mater.：聲子機制難以解釋鎳酸鹽La₃Ni₂O₇高溫超導

海歸學者發起的公益學術平臺

分享資訊，整合資源

交流學術，偶爾風月

物質的高溫超導特性（溫度77K以上），即在液氮溫區或以上溫區實現其奇特的零電阻、反磁性和量子隧道效應，一直是物理學家和材料學家關注的熱點。

這樣的高溫超導材料一般有兩種：釔鋇銅氧（YBCO）和鉍鍶鈣銅氧(BSCCO)。1986年柏諾茲和繆勒發現鑭鋇銅氧體系可在35K時實現超導（1987年諾貝爾物理學獎工作），引發了更高溫度超導的系列氧化物的相繼發現：1987年美國吳茂昆（朱經武）等和我國物理所趙忠賢等發現了90K的YBCO超導體，首次突破液氮溫度壁壘。同年底，我國留美學者盛正直等跳出稀土元素首次發現了鉈鋇銅氧高溫超導體。次年初，日本研製成臨界溫度110K的BSCCO超導體。緊隨其後，盛正直等又進一步發現了125K 鉈鋇鈣銅氧超導體。數年後（1993年），法國科學家發現了135K 的汞鋇鈣銅氧超導體。2023年我國中山大學王猛教授等首次發現液氮溫區的鎳氧化物全新高溫超導體系，成為人類發現的第二種液氮溫區非常規超導材料。2024年中國科學院物理研究所程金光研究員和周睿研究員等，在雙鎳氧層鈣鈦礦材料La₂PrNi₂O₇中實現了塊體高溫超導電性。其三元氧化物La₃Ni₂O₇在約80K展現出的超導性，被視為探索新型高溫超導體的重要突破。然而，究竟是什麼機制導致了其極高的超導轉變溫度（T_c）？這是材料科學和凝聚態物理領域亟需解答的重要科學問題。

Fig. 1 | GW self-energy effects in
electronic structure and electron-phonon coupling.

來自美國南加州大學是尤景陽、李爭路等完成的一項最新研究，對La₃Ni₂O₇的電子-聲子耦合特性及其對超導性的潛在貢獻作了深入的第一性原理研究。他們發現，La₃Ni₂O₇的電子-聲子耦合常數λ ≲ 0.5，遠低於支撐高T_c所需的強度。這表明，聲子介導的傳統超導機制難以解釋這種高溫超導性，暗示其超導性可能具有非常規起源。

Fig. 2 | DFT+U and frozen-phonon calculations.

作者們進一步採用GW自能修正和Hubbard U方法來研究庫侖相互作用對電子-聲子耦合的影響。結果發現，這些關聯效應雖然增強了電聲耦合強度，但聲子機制依然不足以解釋超導現象。此外，作者還評估了電子摻雜（如氧空位）和不同結構相對材料費米能級附近電子特性的影響，結果同樣支援上述結論。不過值得注意的是，La₃Ni₂O₇的電子-聲子耦合圖景與無限層鎳酸鹽具有顯著差異。

Fig. 3 | Alternative structural phase.

該研究的重要發現不僅為理解La₃Ni₂O₇的超導性提供了新線索，還為探索鎳基超導體的多樣性和潛在應用提供了理論依據。作者的研究對揭示高溫超導體背後的微觀機理具有重要意義，同時也為研究電子相關性和多體相互作用對凝聚態材料效能的深遠影響提供了新思路。該文近期發表於npj Computational Materials11: 3 (2025)，英文標題與摘要如下，點選左下角“閱讀原文”可以自由獲取論文PDF。

Unlikelihood of a phonon mechanism for the high-temperature superconductivity in La3Ni2O7

Jing-Yang You, Zien Zhu, Mauro Del Ben, Wei Chen & Zhenglu Li

The discovery of ~80 K superconductivity in nickelate La3Ni2O7 under pressure has ignited intense interest. Here, we present a comprehensive first-principles study of the electron-phonon (e-ph) coupling in La3Ni2O7 and its implications on the observed superconductivity. Our results conclude that the e-ph coupling is too weak (with a coupling constant λ ≲ 0.5) to account for the high Tc, albeit interesting many-electron correlation effects exist. While Coulomb interactions (via GW self-energy and Hubbard U) enhance the e-ph coupling strength, electron doping (oxygen vacancies) introduces no major changes. Additionally, different structural phases display varying characteristics near the Fermi level, but do not alter the conclusion. The e-ph coupling landscape of La3Ni2O7 is intrinsically different from that of infinite-layer nickelates. These findings suggest that a phonon-mediated mechanism is unlikely to be responsible for the observed superconductivity in La3Ni2O7, pointing instead to an unconventional nature.