近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）低维量子材料团队联合原位量子输运团队，与南方科技大学、香港城市大学、粤港澳大湾区量子科学中心等单位合作，在镍基超导研究中取得重要进展。研究团队基于镍氧化物超导薄膜制备了百纳米周期的网格器件，观测到周期为h/2e的磁阻振荡，首次揭示了镍基超导中的2e超导配对。并实现了玻色型超导—绝缘体转变，证明玻色型准粒子（即库珀对）在整个转变过程中始终参与电输运。该成果为深入理解镍基超导机理及玻色金属态提供了关键实验依据。2026年2月19日，相关成果以“无限层钐镍氧化物超导-绝缘体转变中的玻色相”(Bosonic Phases across the Superconductor-Insulator Transitions In Infinite-Layer Samarium Nickelate)为题发表于国际知名期刊Physical Review X上。

提高超导转变温度始终是超导研究领域的核心科学问题之一。镍氧化物超导体是继铜基、铁基超导体之后新发现的一类高温超导材料，其超导转变温度在高压条件下可超过液氮沸点，在常压下亦突破了传统的麦克米兰极限。然而，镍基超导的微观机理仍不清晰，亟需更多实验加以探索。

图1 (a)生长在(LaAlO₃)_0.3(Sr₂TaAlO₆)_0.7衬底上Sm_0.95-xEu_xCa_0.05NiO₂薄膜的晶格结构示意图。（b）采用反应离子束刻蚀结合多孔阳极氧化铝掩模板制备超导网格的示意图（上）及样品扫描电镜照片（下）。图中蓝色三角表示超导岛，红色短线表示岛间约瑟夫森耦合。（c）样品S1不同刻蚀时长下电阻随温度的依赖关系，不同状态（#0–#5）展示了通过调控约瑟夫森耦合强度实现的超导—绝缘体转变。（d）超导网格中观测到的磁阻振荡。（e）S1#2中观测到外磁场下的反常金属现象，表现为低温下电阻的平台（如黑色虚线所示）。（f）S1#3中观测到的玻色奇异金属，表现为线性的电阻-温度依赖关系（如橙色虚线所示）。

研究团队首次实现了镍基超导微纳加工电学器件，借助Sm_0.95-xEu_xCa_0.05NiO₂薄膜制备了周期约为100nm的网格（图1a，b），为研究镍基超导提供了高度可控的平台。低温下，超导网格磁阻呈现出 h/2e 周期振荡（图1d），这是库珀对相干输运的直接证据，从而确认了镍基超导中的 2e 电子配对。通过调控反应离子束刻蚀的时长，团队实现了网格中超导岛（图1b中的蓝色三角）间约瑟夫森耦合强度的调控。随着耦合强度的减弱和超导涨落的增强，网格从超导体变为金属，最后转变为绝缘体（图1c）。值得注意的是，在金属和绝缘态中h/2e磁阻振荡依然存在，证明库珀对始终参与电输运。在不同耦合强度区域，研究团队还观测到多种新奇量子态：在中等耦合下出现反常金属态（低温电阻饱和，图1e），在更弱耦合下则出现玻色奇异金属态（电阻与温度呈线性关系，图1f）。这些结果为理解强超导涨落条件下镍基超导的量子相变提供了重要实验线索。

该成果由分布在北京、深圳和香港等地的科研人员协同完成。论文共同第一作者为量子院廖孟涵副研究员、粤港澳大湾区量子科学中心汪恒副研究员、香港城市大学博士后杨明卫及量子院曹传午助理研究员。通讯作者为量子院廖孟涵副研究员、南方科技大学陈卓昱副教授、香港城市大学李丹枫副教授和量子院常凯研究员。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金等项目的资助。

文章链接：https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/rrc1-cqdy