自从铜氧化物高温超导体发现以来，探索非常规超导机理一直是凝聚态物理领域的核心课题之一。继铜基、铁基高温超导体之后，2023年，中国科学家在Ruddlesden-Popper相的双层镍氧化物La₃Ni₂O₇中观测到在高压下接近80K的超导转变温度[1]，成功将镍基超导体的临界温度（Tc）推进至液氮温区。近期，在特定衬底上的双层镍氧化物薄膜中也实现了常压下约 40K的超导转变 [2-4]。这一系列突破标志着高温超导研究迈入“镍基时代”。尽管已有大量理论工作从纯电子-电子相互作用的角度探讨双层镍基超导体的配对机制，晶格自由度，特别是电子-声子耦合在该体系中的作用尚未被充分认识。尤其是在双层结构中，电子-声子耦合的特征及其对超导性质的影响，仍是一个亟待解答的关键问题。

近日，中国科学院理论物理研究所吴贤新副研究员与中国科学院物理研究所胡江平研究员、博士生占俊合作，利用理论模型和泛函重整化群（FRG）量子多体方法，系统地研究了双层镍基超导体中电子-声子耦合的特性，及其与电子关联之间的相互作用对超导配对的影响。研究团队首先通过理论计算获得了体系的声子谱及电声子耦合谱，发现其中三个声子的线宽具有明显增强，表明存在较强的电子-声子耦合。这些耦合对应的声子模式呈现出层间与面内呼吸型振动特征（见图1）。然而，通过谱函数估算的耦合强度对应的Tc近似为零，表明单独的电子-声子耦合难以驱动超导。值得注意的是，与铜基高温超导体不同，双层镍基超导体具有两个独特的层间呼吸声子模式（图1 b1, b2），它们会产生轨道选择性的SSH型和 Holstein型电声子耦合。这些电声子耦合与电子关联之间的相互作用仍需进一步深入探索。进而，研究团队利用两轨道模型[5]和FRG方法，分析了电子-声子耦合与电子-电子相互作用的协同效应。结果表明，当系统仅包含电子相互作用时，主要由自旋涨落驱动形成的层间s± 波超导配对在能带空间存在配对阻挫，具体表现为在态密度较大的γ费米面上配对强度较弱，这限制了Tc的提升。关键的发现是，当引入层间SSH型或者Holstein型电子-声子耦合后，他们发现dz²轨道的层间配对得到显著增强，减弱了γ费米面上的配对阻挫，从而导致Tc显著提高（图2c）。相比之下，面内的电子-声子耦合对Tc的提升则几乎无影响（见图2），这一特征也与铜基高温超导体明显不同。

该研究首次揭示了电子-声子耦合在双层镍基超导体中不仅不可忽视，而且通过与电子-电子相互作用的协同效应，能够显著增强超导配对（图3）。这为理解双层镍基超导体中的高温超导提供了崭新视角和潜在的理论机制。

本研究成果发表在Physical Review Letters（Phys. Rev. Lett. 134, 136002 (2025)）。此工作的其他合作者还包括北京科技大学顾雨豪。吴贤新副研究员与胡江平研究员为共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划青年项目、国家自然科学基金理论物理专款前沿引领项目和中国科学院相关项目的资助。

图1.（a）双层镍基超导体在30GPa下的声子谱、线宽、态密度和谱函数；（b1,b2,b3）三种电声耦合强度较大的声子模式。

图2. （a）典型的FRG 流；（b）超导转变时的自旋和电荷涨落；（c,d）层间和面内的电声耦合对超导临界转变温度的影响。

图3. 双层镍基结构体系中层间电子-声子耦合和电子-电子相互作用协同增强超导配对