无损耗导电！终于揭示镍氧化物电子行为或将能找到高温超导体

最高可达−140摄氏度，这种高温超导的根本缘故原由仍不清楚。
2019年研究职员创造，掺锶的钕镍氧化物(Nd0.8Sr0.2NiO2)可以在−258摄氏度以下超导。
这一创造之以是引起科学家的把稳，不是由于温度，而是由于这种镍酸盐材料的晶体构造与铜酸盐非常相似，可以作为一个试验台，更好地理解这些材料的超导事情事理，镍酸盐材料由Nd和NiO2交替层组成。

日本理化学研究所应急物质科学中央的野村落裕介和同事们现在研究了这两层中某些电子之间的相互浸染如何影响超导电性。
该团队的打算显示，NiO2层中的电子相互浸染很强，这类似于CuO2层中的强关联被认为在其高温超导中发挥了关键浸染。
然而，在镍酸盐和铜酸盐之间有一个不同之处：在镍酸盐中，钕层中的电子被部分霸占并形成费米袋。
费米袋是布里渊区中被费米面包围的一个相对较小的区域，这些口袋不会涌如今铜酸盐中。

这可能会使这种含镍材料不是铜酸盐的完美类似物。
​研究团队利用打算模型来研究是否可以通过调度材料的化学身分来肃清口袋，从而创建一种与铜酸盐更匹配的镍酸盐。
创造有两种化合物可以知足哀求：氧化钕钠(NaNd2NiO4)和氧化钙镍钠(NaCa2NiO3)。
研究职员表示：如果镍酸盐被合成，它们将是真正的铜酸盐超导体的镍类似物。
研究的下一步因此更系统的办法，证明镍酸盐和铜酸盐之间的差异和相似之处，并对这两个别系的超导机制有更深入的理解。

（上图所示）电子在穿过镍酸盐材料的NiO2层时相互浸染很强，这可以作为高温超导(镍=灰色，氧=赤色)的模型。
图片：RIKEN Center for Emergent Matter Science

受无限层镍酸盐Nd0.8Sr0.2NiO2中超导电性的实验创造的启示，研究了NiO2层中关联的Ni3dx2−y2电子如何与Nd层中的电子相互浸染。
​研究结果表明，表示费米能级附近的电子构造须要三个轨道：Ni3dx2−y2，Nd5d3z2−R2，以及由Nd层中的间隙s轨道和Nd5dxy轨道组成的成键轨道。
通过建立这些态的三轨道模型，研究创造Ni3dx2−y2态与Nd层中的态之间的杂化很小。

同时还创造，Nd层的金属屏蔽效果不是很好，由于它只使Ni3dx2−y2电子之间的Hubbard U降落了10%-20%。
另一方面，电-声子耦合不敷以调节Tc-∼10K的超导电性。
NdNiO_2拥有一个险些伶仃的关联3dx2-−-y2轨道系统。
还进一步研究了在Mott-Hubbard区域实现更空想单轨道系统的可能性。
当间隙s态和Nd5dxy态之间的杂化变小时，由Nd层态形成的费米口袋急剧缩小。
通过广泛的材料搜索，创造在NaNd2NiO4和NaCa2NiO3中费米口袋险些消逝。

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博科园｜研究/来自：日本理化学研究所

参考期刊《物理评论B》

​DOI: 10.1103/PhysRevB.100.205138

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