高温超导的微观机制至今仍是凝聚态物理的重要难题。继铜氧化物之后，RP相镍氧化物成为研究新焦点：它们在高压下能够超导，制成薄膜后也可在常压下实现超导；与铜氧化物相比，其镍氧面之间的“氧桥”提供了一条额外的层间电子通道。氧含量和外延应变如何影响这条通道，进而影响超导？北京大学物理学院量子材料科学中心彭莹莹团队与浙江大学谢燕武团队、南京大学卢毅团队合作，利用X射线谱学追踪材料从绝缘态到超导态、再到金属态的变化。研究发现，外延应变本身不足以诱导超导：适宜的氧化学计量是建立相干层间电子通道的前提，外延应变则在此基础上进一步增强层间耦合。这为理解和调控镍基超导提供了微观依据。

双层镍氧化物中，两层镍氧面像两片“电子高速公路”，中间的顶点氧则像连接通道。若氧缺失，连接被破坏，电子容易困在局部，材料呈绝缘。氧含量合适时，电子能更连贯地跨层运动，配合压缩应变，通道被进一步增强，超导出现。用X射线可以“看”到，面外轨道相关的电子态逐渐由局域化向更具巡游性的状态演化；面内电子则主要因掺杂增加而改变。这说明，超导不只是简单“多掺电子”，而是层间通道被逐步打开。

图1 X射线吸收谱揭示氧含量和应变对层间电子通道的不同作用

磁性也随之变化。绝缘样品中，电子自旋形成静态的周期性排列；相比之下，在超导样品中，这种磁序明显受到抑制，而低能磁激发依然存在，只是受到更强阻尼。换言之，在超导样品中，静态排列减弱，而动态磁关联仍被保留（图2）。

图2  超导样品的静态自旋有序受到抑制，动态磁关联仍然保留

氧也并非越多越好。研究中的金属样品与超导样品应变相近，电子轨道特征也相似，却没有超导。实验与计算表明，额外的氧可能带来更多空穴，使电子关联减弱。因此，从绝缘到超导再到金属，关键并非层间通道越强越好，而是氧含量、层间相干性与电子关联处在适宜范围（图3）。

图3  从绝缘到超导再到金属的演化示意图

与铜氧化物相比，镍氧化物除了面内电子，还多了面外和层间通道，这为研究轨道和三维电子结构提供了新视角；两类材料又都表现为静态磁序被抑制、动态磁激发保留。这些异同提示，磁性、电子关联和轨道自由度之间的协同变化，可能是理解非常规超导的重要线索。

该研究把氧含量、应力、层间通道、电子运动性和磁性演化联系起来，澄清了双层镍氧化物常压超导形成的关键条件，也为通过氧位点调控和界面应变设计镍基超导材料提供了依据。

该研究以“Interlayer hybridization promotes superconductivity in bilayer nickelates”为题，于2026年9月23日在线发表于《自然·材料》（Nature Materials）。北京大学物理学院量子材料科学中心2022级博士研究生张世龙、浙江大学博士后张蒙和南京大学博士生罗琪凌为论文共同第一作者；彭莹莹、卢毅和谢燕武为论文共同通讯作者。相关X射线谱学实验在台湾同步辐射光源和柏林同步辐射线站完成。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和北京市自然科学基金等项目资助，其中张世龙的实验出访还得到北京大学物理学院博士生培优计划支持。