高压条件下La₃Ni₂O₇中的高温超导性引起了学术界的广泛关注，但该超导相却相当脆弱。尽管通过用Pr替代La可以实现块体超导性，但其潜在机制尚不清楚。另一个难题是氧含量的作用：适度的氧化可增强超导性，而高压氧退火则会抑制超导性。清华大学王亚愚、中科院物理所陈震、程金光等人通过高分辨率显微技术+能谱分析+理论计算，首次可视化并定量分析了Pr掺杂和氧退火对La₂PrNi₂O_7+δ超导性能的影响机制，发现了间隙氧有序相及其对超导的抑制作用，为理解镍酸盐超导机制和材料设计提供了关键实验与理论依据。研究成果以Interstitial oxygen order and its competition with superconductivity in La₂PrNi₂O_7+δ为题发表于Nature Materials，并早在8月5日上传了预印本平台arxiv。

1：首次将多片层电子叠层成像（MEP） 与电子能量损失谱（EELS） 结合，实现对双层镍酸盐中氧空位和间隙氧的原子级可视化和定量分析。MEP技术提供了对轻元素（如氧）的高灵敏度成像，尤其在复杂氧有序结构中表现出优越性能。

2：发现Pr³⁺优先占据外层La位，有效增大间隙体积，促进内顶端氧空位的消除，从而实现近化学计量比的La₂PrNi₂O₇。这一机制解释了为何Pr掺杂能显著提升超导体积分数（达97%），而纯La₃Ni₂O₇中氧空位较多，超导性能较差。

3：高压氧退火（HPO） 诱导形成stage-1型间隙氧有序结构，具有准一维条纹状排列。这种有序结构导致：晶格畸变（NiO₆八面体倾斜方向反转）；引入额外空穴载流子（每个间隙氧贡献约2个空穴）；抑制超导，即使在14 GPa高压下也无超导转变。这与铜酸盐中间隙氧增强超导的行为形成鲜明对比，凸显镍酸盐独特的电子结构。

4：HPO样品中存在相分离：stage-1有序相（period-b 和 period-2b）与原始327相共存。EELS mapping显示空穴掺杂强度与间隙氧密度直接相关，且空间分布不均匀。这种相分离进一步解释了为何HPO样品中超导被抑制——有序相占据主导，且与超导相竞争。

5：DFT计算表明：在AG样品中，键合dₓ₂能带穿过费米面，有利于超导；在HPO样品中，空穴掺杂使该能带上移，脱离费米面，不利于超导；间隙氧引入的周期性晶格势可能增强电荷/自旋密度波，与超导竞争。

图1: 所制备的和HPO退火的多晶样品表征。

图2：制备样品的原子结构。

图3：HPO退火样品中的间隙氧有序

图4：间隙氧有序的相分离和空穴掺杂。

论文地址：

https://www.nature.com/articles/s41563-025-02351-2