自銅氧化物高溫超導體發現以來，探索非常規超導機理是凝聚態物理領域的核心課題之一。繼銅基、鐵基高溫超導體后，2023年中國科學家在Ruddlesden-Popper相的雙層鎳氧化物La3Ni2O7中觀測到在高壓下接近80K的超導轉變溫度，將鎳基超導體的臨界溫度（Tc）推進至液氮溫區。近期，在特定襯底上的雙層鎳氧化物薄膜中也實現了常壓下約40K的超導轉變。這一系列進展標志著高溫超導研究邁入“鎳基時代”。盡管已有大量理論工作從純電子-電子相互作用的角度探討雙層鎳基超導體的配對機制，但晶格自由度特別是電子-聲子耦合在該體系中的作用尚未被充分認識。特別是，在雙層結構中，電子-聲子耦合的特征及其對超導性質的影響，仍是亟待解答的關鍵問題。
近日，中國科學院理論物理研究所與物理研究所合作，利用理論模型和泛函重整化群（FRG）量子多體方法，研究了雙層鎳基超導體中電子-聲子耦合的特性及其與電子關聯之間的相互作用對超導配對的影響。研究通過理論計算獲得體系的聲子譜及電聲子耦合譜，發現其中三個聲子的線寬具有明顯增強，表明存在較強的電子-聲子耦合。這些耦合對應的聲子模式呈現出層間與面內呼吸型振動特征。但是，研究顯示，通過譜函數估算的耦合強度對應的Tc近似為零，表明單獨的電子-聲子耦合難以驅動超導。值得注意的是，與銅基高溫超導體不同，雙層鎳基超導體具有兩個獨特的層間呼吸聲子模式，會產生軌道選擇性的SSH型和Holstein型電聲子耦合。這些電聲子耦合與電子關聯之間的相互作用仍需進一步探索。
進一步，該研究利用兩軌道模型和FRG方法，分析了電子-聲子耦合與電子-電子相互作用的協同效應。結果表明，當系統僅包含電子相互作用時，主要由自旋漲落驅動形成的層間s±波超導配對在能帶空間存在配對阻挫，具體表現為在態密度較大的γ費米面上配對強度較弱，進而限制了Tc提升。研究發現，當引入層間SSH型或Holstein型電子-聲子耦合后，dz2軌道的層間配對得到增強，減弱了γ費米面上的配對阻挫，導致Tc提升。相比之下，面內的電子-聲子耦合對Tc的提升則幾乎無影響，這一特征與銅基高溫超導體明顯不同。
上述研究揭示了電子-聲子耦合在雙層鎳基超導體中通過與電子-電子相互作用的協同效應來增強超導配對。這為理解雙層鎳基超導體中的高溫超導提供了新視角和潛在的理論機制。
相關研究成果發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院相關項目的支持。
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本文鏈接：研究發現雙層鎳基高溫超導體中新的配對機理http://m.sq15.cn/show-12-1296-0.html
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