image: （a）最优、欠掺杂和过掺杂Nd1-xEuxNiO2的电阻—温度曲线及磁场扫描；最优组分保持常规超导，两侧边界组分则在有限磁场窗口内恢复零电阻。（b-c）Nd1-xEuxNiO2和Pr1-xEuxNiO2超导相图。蓝色表示无再入的稳健高温超导区，橙色表示出现磁场再入的穹顶边界。 view more
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通常，外加磁场会破坏库珀对并压低超导。磁场再入超导则表现出反直觉行为：低场超导被抑制后，材料在更高磁场下重新进入零电阻态，随后又可在更强磁场中再次退出超导。过去，这类现象主要见于低临界温度体系。无限层镍基氧化物是一类新兴非常规超导材料，临界温度可接近40 K，因此为研究磁性如何同时竞争并促进超导提供了独特平台。
Eu掺杂体系尤为特殊。Eu2+既提供空穴掺杂，又携带半满4f7局域磁矩，使载流子、磁涨落与超导配对之间可能形成多重耦合。但随着镧系收缩，含较重稀土的钙钛矿镍酸盐前驱体越来越难以稳定生长，长期限制了对稀土4f轨道和磁矩作用的系统比较。
研究团队采用高氧压辅助溶液化学路线突破这一材料瓶颈：将稀土硝酸盐和醋酸镍前驱体溶解后旋涂于单晶衬底，在1-20 MPa氧压、700-900摄氏度下结晶为钙钛矿前驱体，再经CaH2低温拓扑化学还原获得厚度约20 nm的无限层薄膜。通过改变溶液中的稀土组成，团队制备了包含Pr、Nd、Sm、Gd和Dy的(RE1-yRE'y)1-xEuxNiO2系列材料。X射线衍射、同步辐射谱学和原子分辨电镜共同确认了结构与价态转变。
扩展后的组分空间揭示出清晰相图规律。Nd1-xEuxNiO2在x约为0.35-0.45的最优掺杂区表现出稳健超导，起始临界温度最高约37.6 K，在35 T以内未见再入；而在欠掺杂和过掺杂两侧边界，磁场扫描均观察到零电阻在有限磁场窗口内重新出现。类似规律也出现在Pr1-xEuxNiO2和另一种衬底样品中，说明再入相与超导穹顶边界之间具有稳定联系。
以不发生再入的最优Nd-Eu组分为母体，研究人员进一步比较不同稀土取代。Pr、Sm或Dy取代保持常规超导，Gd取代则重新诱发再入响应。在(Nd0.95Gd0.05)0.65Eu0.35NiO2中，零电阻于中等磁场恢复，并在更高磁场再次消失；最高35 T的实验捕捉到这一二次猝灭。角度依赖输运还显示，再入窗口在外场接近晶体c轴时最明显，并随温度升高快速收缩，表现出强单轴各向异性。
这些结果支持Jaccarino-Peter型交换场补偿图景。Gd3+与Eu2+均具有半满4f7磁矩，其内部交换场可能在一定范围内部分抵消外加磁场，使已被破坏的超导重新稳定；当总有效场再次超过上临界场时，再入超导随之消失。不过，Eu同时改变载流子浓度，穹顶边界附近还存在电荷、自旋和轨道等竞争态，因此完整机制不能简单归结为交换场补偿。
稀土4f自由度也可从另一侧增强稳健超导。Pr、Sm及Pr/Sm混合取代进一步提高起始临界温度，其中(Nd0.8Pr0.2)0.65Eu0.35NiO2达到40.1 K；优化Eu掺杂薄膜在2 K的临界电流密度达到266 kA cm-2，并在9 T下保持较强载流能力。与层间距相近的Sr或Ca掺杂体系相比，Eu体系的临界温度整体更高，提示稀土磁性可能提供额外的配对增强通道。
低能μ子自旋谱提供了独立证据：在不发生再入的最优组分Nd0.6Eu0.4NiO2中，零场μ子弛豫率在跨越超导转变温区时明显上升，低温伸展指数接近0.5-0.6，提示超导区间内自旋关联增强并可能出现类自旋玻璃行为。这一结果尚不能证明磁响应直接导致更高临界温度，但揭示了二者的紧密联系，为后续谱学和理论研究提供了明确方向。
该工作把稳健高温超导、磁场再入超导与稀土4f磁性纳入同一可化学调节的平台，为研究镍基超导穹顶边界附近可能存在的量子临界竞争提供了新材料基础。论文共同通讯作者为北京科技大学陈吉堃教授、北京师范大学聂家才教授和安徽大学葛炳辉教授；韩昊文、赵宇松、卞毅为共同第一作者。