超导材料因具备零电阻、完全抗磁性等特性，在能源、交通、生物医疗、信息通信等领域展现出重要应用价值。多年来，科学家围绕超导材料开展了大量研究，“破解”超导机制是其中一大焦点。近期，南京大学聂越峰教授课题组、中国科学技术大学沈大伟教授课题组联合上海纽约大学物理学副教授陈航晖团队，在国际期刊《科学进展》（Science Advances）发表最新研究成果，首次解析了无限层镍基超导体的电子能带结构，为进一步理解镍基超导机理提供了关键实验依据。
铜基高温超导体是目前已知的最重要的一类高温超导材料，其超导机制一直是物理学界的研究热点。然而，科学家们至今仍未完全揭示其超导原理。近年来，研究发现镍基超导体在电子结构上与铜基超导体存在相似性，这意味着它们可能遵循相似的超导机制。因此，镍基超导体的研究有望成为破解非常规超导现象的一把“新钥匙”，帮助科学家更全面地理解高温超导的内在机理。
电子能带结构是决定超导机制的重要物理特性之一，而角分辨光电子能谱（ARPES）则是研究这一结构的关键实验手段。要准确测量材料内部电子的分布，样品表面必须极其光滑。然而，由于无限层镍基超导体的表面极易受损，传统制备方法往往导致表面粗糙或化学结构改变，难以制备出适用于 ARPES 测量的高质量薄膜。因此，自该材料发现以来的五年间，科学家们始终未能通过 ARPES 精确测定其电子结构。
在本次研究中，南京大学和中国科学技术大学的实验团队利用前期自主搭建的氢原子原位还原系统，经过系统性探索，成功制备出具有高表面质量的无限层镍基超导体薄膜。这一突破使团队首次通过 ARPES 技术观测到该材料内部动量分辨电子结构的详细信息。在实验结果的基础上，陈航晖教授团队开展了电子能带结构的理论计算，计算结果与实验数据高度吻合，验证了该团队提出的低能有效模型的合理性。
研究结果表明，无限层镍基超导体与铜基超导体在电子结构上既存在相似性，也展现出显著差异。两者在电子相互作用方式、运动模式以及能量变化特征方面表现出相似性，但在三维电子结构、费米面变化特征和部分电子状态的相互作用上则存在明显差异。这些发现不仅深化了对镍基超导体的认识，也为理解非常规超导现象提供了全新视角。
本研究的共同第一作者包括：南京大学现代工程与应用科学学院博士生孙文杰、浩波，中国科学技术大学江志诚博士以及上海纽约大学博士后研究员夏程亮。南京大学聂越峰教授、中国科学技术大学沈大伟教授和上海纽约大学陈航晖教授为论文的通讯作者。