DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-70250-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41807407
تاريخ النشر: 2026-03-10
المؤلف: Yu‐Te Hsu وآخرون
الموضوع الرئيسي: الخصائص المغناطيسية وخصائص النقل للبيروفسكايت والمواد ذات الصلة
نظرة عامة
تناقش هذه القسم خصائص النقل لأكسيد النيكل من اللانثانوم والبراسيوديميوم في الفيلم الرقيق (LPNO)، مع تسليط الضوء على الميزات الرئيسية لسلوك سائل فيرمي. تلاحظ الدراسة اعتماد المقاومة وزاوية هول على مربع درجة الحرارة ($T^2$)، بالإضافة إلى مقاومة مغناطيسية مربعة ($H^2$) تتماشى مع مقياس كوهلر. من خلال استخدام نسبة كادوكي-وودز التجريبية، يقدر الباحثون الكتلة الفعالة للكيانات الكمية بحوالي $m^* \approx 10 m_e$، مما يشير إلى حالة سائل فيرمي معاد تشكيلها بشكل كبير.
علاوة على ذلك، تكشف النتائج أن درجة الحرارة الحرجة ($T_c$) إلى مقياس درجة حرارة فيرمي ($T_F$) في LPNO الفيلم الرقيق تتماشى مع الاتجاهات الملاحظة في مجموعة متنوعة من الموصلات الفائقة ذات الترابط القوي. وهذا يثبت الخصائص الأساسية للحالة الطبيعية للنيكلات الفائقة المزدوجة المشدودة، مما يساهم في فهم خصائصها الإلكترونية والتطبيقات المحتملة في أبحاث الموصلية الفائقة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الإنجاز الأخير للموصلية الفائقة عند 80 كلفن في (La,Pr)₃Ni₂O₇ تحت ضغط عالٍ، مما يجعله تقدمًا كبيرًا في الموصلية الفائقة عالية الحرارة ضمن النيكلات المزدوجة من نوع رادلزدن-بوبير. على الرغم من الحماس المحيط بهذه المواد، لا تزال المعلمات الحرجة التي تحدد حالاتهم الطبيعية والفائقة غير واضحة، ويرجع ذلك أساسًا إلى القيود المفروضة من ظروف الضغط العالي على التقنيات التجريبية. يفتح الاكتشاف اللاحق للموصلية الفائقة في أفلام رقيقة من (La,Pr)₃Ni₂O₇ مشدودة إبيتاكسيالياً عند الضغط الجوي، مع درجة حرارة حرجة ($T_c \approx 40$ كلفن)، آفاقًا لمجموعة واسعة من التحقيقات التجريبية، بما في ذلك الانبعاث الضوئي وطيف الأشعة السينية.
تركز الدراسة على أفلام La₂PrNi₂O₇ (LPNO) الرقيقة كنموذج لاستكشاف سلوك النقل المغناطيسي، كاشفة عن الخصائص الرئيسية لنقل الحالة الطبيعية. تشمل النتائج الملحوظة مقاومة $T^2$ في الحالة الطبيعية عند درجات الحرارة المنخفضة، واعتماد زاوية هول على $T^2$، ومقياس كوهلر في مقاومة الحالة الطبيعية المغناطيسية، مما يشير إلى أن الحالة الأرضية الإلكترونية لـ LPNO المشدود بشكل ضاغط هي سائل فيرمي. بالإضافة إلى ذلك، يظهر المجال الحراري العلوي ($H_{c2}$) تباينًا، مع نسبة $H_{c2,\parallel}/H_{c2,\perp} \approx 2.5$. تشير الأبحاث أيضًا إلى علاقة مقياس بين $T_c$ ودرجة حرارة فيرمي الفعالة ($T_F$) في النيكلات المزدوجة من نوع RP، مع نسبة $T_c/T_F \approx 0.01$، مما يشير إلى مبدأ عالمي يحكم درجة الحرارة الحرجة في الموصلات الفائقة غير التقليدية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد الفرضية الصفرية. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، مع حساب أحجام التأثير لت quantifying حجم هذا التغيير.
علاوة على ذلك، كشفت التحليلات أن بعض العوامل الديموغرافية قد خففت من التأثيرات الملاحظة، مما يشير إلى أن التدخل كان أكثر فعالية في مجموعات فرعية معينة. تؤكد هذه النتائج على أهمية مراعاة المتغيرات السياقية عند تفسير النتائج. بشكل عام، تدعم البيانات الفرضية القائلة بأن التدخل له تأثير إيجابي، مما يستدعي مزيدًا من الاستكشاف في الأبحاث المستقبلية.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون مقاومة الحالة الطبيعية وخصائص النقل المغناطيسي لفيلم رقيق من LaPrNiO تحت مجالات مغناطيسية عالية. تظهر المقاومة في المستوى، $\rho_{xx}(H, T)$، انتقالًا واضحًا من حالة موصلية فائقة إلى حالة مقاومة عند درجة حرارة حرجة $T_c \approx 41 \, \text{K}$. تظهر المقاومة انحناءً إيجابيًا مع اقتراب درجة الحرارة من الصفر وانحناءً سلبيًا مع اقترابها من 300 كلفن، مما يتماشى مع صيغة المقاوم المتوازي (PRF) التي تصف مقاومة الحالة الطبيعية فوق $T_c$. تشير النتائج إلى أن مقاومة الحالة الطبيعية تقترب من سلوك $T^2$ مع $T \to 0$، وهو ما يميز حالة سائل فيرمي، وهو ما تدعمه سلوكيات مماثلة لوحظت في عينة ثانية.
تكشف قياسات تأثير هول عن مقاومة هول خطية في الحالة الطبيعية، مع معامل هول $R_H(T)$ الذي يزيد بشكل أحادي مع انخفاض درجة الحرارة، مما يشير إلى آلية نقل متعددة النطاقات. المقاومة المغناطيسية صغيرة وتتبع اعتمادًا على $H^2$. المجال الحراري العلوي $H_{c2}$ غير متجانس، مع قيم لـ $H_{c2,K}(0) \approx 42.8 \, \text{T}$ و $H_{c2,\parallel}(0) \approx 106 \, \text{T}$، مما يشير إلى عامل تباين كبير. يقدر المؤلفون أيضًا الكتلة الفعالة والحرارة النوعية الإلكترونية، ويجدون علاقة تتماشى مع نسبة كادوكي-وودز، مما يشير إلى طبيعة موصلية فائقة مرتبطة بقوة في النيكلات المزدوجة. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على التفاعل المعقد بين الشد، والتشويش، والبنية الإلكترونية في تحديد خصائص النقل لأفلام LPNO الرقيقة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-70250-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41807407
Publication Date: 2026-03-10
Author(s): Yu‐Te Hsu et al.
Primary Topic: Magnetic and transport properties of perovskites and related materials
Overview
This section discusses the transport properties of thin-film lanthanum praseodymium nickel oxide (LPNO), highlighting key features of Fermi-liquid behavior. The study observes a temperature-squared ($T^2$) dependence of resistivity and Hall angle, as well as a magnetic field-squared ($H^2$) magnetoresistance that adheres to Kohler scaling. By employing the empirical Kadowaki-Woods ratio, the researchers estimate a quasiparticle effective mass of approximately $m^* \approx 10 m_e$, indicating a significantly renormalized Fermi liquid state.
Furthermore, the findings reveal that the critical temperature ($T_c$) to Fermi temperature ($T_F$) scaling in thin-film LPNO is consistent with trends observed in various strongly correlated superconductors. This establishes essential normal-state characteristics of strained bilayer superconducting nickelates, contributing to the understanding of their electronic properties and potential applications in superconductivity research.
Introduction
The introduction highlights the recent achievement of superconductivity at 80 K in (La,Pr)₃Ni₂O₇ under high pressure, marking it as a significant advancement in high-temperature superconductivity within bilayer Ruddlesden-Popper nickelates. Despite the excitement surrounding these materials, critical parameters defining their normal and superconducting states remain elusive, primarily due to the constraints imposed by high-pressure conditions on experimental techniques. The subsequent discovery of superconductivity in epitaxially strained (La,Pr)₃Ni₂O₇ thin films at ambient pressure, with a critical temperature ($T_c \approx 40$ K), opens avenues for a wider range of experimental investigations, including photoemission and x-ray spectroscopy.
The study focuses on La₂PrNi₂O₇ (LPNO) thin films as a model to explore magnetotransport behavior, revealing key characteristics of the normal-state transport. Notable findings include a $T^2$ resistivity in the low-temperature normal state, a $T^2$ dependence of the Hall angle, and Kohler scaling in normal-state magnetoresistance, suggesting that the electronic ground state of compressively strained LPNO is a Fermi liquid. Additionally, the upper critical field ($H_{c2}$) shows anisotropy, with a ratio of $H_{c2,\parallel}/H_{c2,\perp} \approx 2.5$. The research also indicates a scaling relationship between $T_c$ and the effective Fermi temperature ($T_F$) in bilayer RP nickelates, with a ratio of $T_c/T_F \approx 0.01$, suggesting a universal principle governing the critical temperature in unconventional superconductors.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis. Additionally, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the dependent variable, with effect sizes calculated to quantify the magnitude of this change.
Furthermore, the analysis revealed that certain demographic factors moderated the effects observed, indicating that the intervention was more effective in specific subgroups. These findings underscore the importance of considering contextual variables when interpreting the results. Overall, the data support the hypothesis that the intervention has a positive impact, warranting further exploration in future research.
Discussion
In this section, the authors discuss the normal-state resistivity and magnetotransport properties of a LaPrNiO thin film under high magnetic fields. The in-plane resistivity, $\rho_{xx}(H, T)$, shows a clear transition from a superconducting to a resistive state at a critical temperature $T_c \approx 41 \, \text{K}$. The resistivity exhibits a positive curvature as temperature approaches zero and a negative curvature as it nears 300 K, consistent with a parallel resistor formula (PRF) that describes the normal-state resistivity above $T_c$. The findings indicate that the normal-state resistivity approaches a $T^2$ behavior as $T \to 0$, characteristic of a Fermi-liquid state, which is further supported by similar behavior observed in a second sample.
The Hall effect measurements reveal a linear Hall resistivity in the normal state, with a Hall coefficient $R_H(T)$ that increases monotonically as temperature decreases, suggesting a multiband transport mechanism. The magnetoresistance is small and follows a $H^2$ dependence. The upper critical field $H_{c2}$ is anisotropic, with values of $H_{c2,K}(0) \approx 42.8 \, \text{T}$ and $H_{c2,\parallel}(0) \approx 106 \, \text{T}$, indicating a significant anisotropy factor. The authors also estimate the effective mass and electronic specific heat, finding a relationship consistent with the Kadowaki-Woods ratio, which suggests a strongly correlated nature of superconductivity in the bilayer nickelates. Overall, the results highlight the complex interplay between strain, doping, and electronic structure in determining the transport properties of LPNO thin films.