近日，理学院物理系上海市高温超导重点实验室硕士生陈铭瑶和博士生刘慧敏在导师尹鑫茂教授的指导下，与合作者在国际知名期刊《ACS Nano》（中国科学院一区top期刊）上发表题为《Uncovering an Interfacial Band Resulting from Orbital Hybridization in Nickelate Heterostructures 》的研究论文。文章的合作者有：列日大学何旭博士、新加坡国立大学陈智新博士、美国太平洋国家实验室王乐博士、上海市高温超导重点实验室的蔡传兵教授、实验师李敏娟老师（共同第一作者）、孙硕副教授、周迪帆副研究员等。抢庄牛牛物理系上海市高温超导重点实验室是论文的第一完成单位和通讯单位。

高温超导材料的发现不仅推动了材料科学和凝聚态物理等前沿领域的发展，提高其超导转变温度也成为科学家们不断追求的新目标。最近，研究人员在无限层镍氧化物薄膜中发现了超导电性（镍基超导），为超导物理和材料研究开辟了新的方向。新的研究表明，在镍氧化物材料中观察到金属-绝缘体相变（MIT），同时在电阻开关等多种应用中的性能大大提升了，这也为氧化物电子设备的设计提供了灵活性。此外，镍氧化物氧八面体的旋转和扭曲导致氧化物/基底界面的不对称，使其在自旋-双耦合特征的形成中起着关键作用，从而产生了多种界面现象。调节镍氧化物系统电子和磁结构的界面效应在开发新型电子设备、传感器和磁性材料方面的研究提供了有利的环境，而且有助于探索界面内独特而复杂的特性。

在这项工作中，尹鑫茂教授团队通过脉冲激光沉积技术（PLD）在不同单晶衬底上制备了不同厚度的镍氧化物NdNiO₃(NNO)薄膜。通过整合多种先进、独特的光谱学手段，包括：同步辐射X射线吸收光谱(XAS)，椭圆偏振光谱和同步辐射X射线衍射(XRD)等光谱技术，并结合第一性原理计算，在SrTiO₃(STO)衬底上的镍氧化物的薄膜中发现了一个新的未占据能带。并揭示了在NNO/STO界面处，STO衬底的Ti 3d轨道和NNO薄膜的O 2p轨道之间存在很强的轨道杂化。而这复杂的界面轨道杂化效应正是NNO薄膜发生相变的关键原因。该研究利用独特光谱技术阐明了镍氧化物在金属绝缘相变前后的电子结构变化过程。这一重大发现突出了界面轨道杂化的重要性，并促进了相变工程的发展，为研究复杂氧化物异质结构中的界面效应提供了有价值的方法和见解。

本工作得到国家自然科学基金 (52172271,12374378,52307026)，国家重点研发计划 (2022YFE03150200)，上海市科技创新计划 (22511100200)等的支持。近年来，上海市高温超导重点实验室在高温超导关键成材技术、超导量子磁通涡旋、超导量子约瑟夫森结型器件、非常规高温超导、强关联氧化物电子自旋和超导强电应用等方向上形成了很好的国际化研究氛围，实验室青年人才在量子功能材料与高温超导领域具有很好的国际影响力，近年来主办国内外学术会议或在重要学术会议上作大会报告30余次，主持或参与国家重点研发计划、中国科学院战略先导专项或上海市重大重点项目、国家标准等十多项。

论文链接：https://thisisemp.com/10.1021/acsnano.4c09921