(a) Bandstrukturen för LaNiO2 utan SOC. Vikten av olika orbitaler representeras av olika färger. (b) Det totala antalet elektroner som funktion av kemisk potential. (c) Fermi-ytan av LaNiO2. (d) Bandstrukturen med SOC i det skuggade området av (a), korsningarna är gapade utom Dirac-punkterna längs M-A. Kredit:©Science China Press
Upptäckten av hög Tc-supraledning i kuprater lockar människor att utforska supraledning i nickelater, vars kristallstrukturer liknar kuprater. Nyligen, Danfeng Li et al. vid Stanford University publicerade en artikel i Natur , rapportering av den observerade supraledningsförmågan i håldopade nickelater Nd 0,8 Sr 0,2 NiO 2 . Till skillnad från cuprates, moderföreningen NdNiO 2 bevarar inte långdistansmagnetisk ordning, som ansågs vara ansvarig för supraledning i kopparoxider. Förutom, grundtillståndet för NdNiO 2 är metallisk. Kommentarsartikeln In Natur noterade att Lis arbete kan bli en spelförändring för vår förståelse av supraledning i kuprater och kupratliknande system, kanske leder till nya högtemperatursupraledare.
För att förstå mekanismen för nickelatsupraledare, forskare vid Institutet för fysik, Chinese Academy of Science gjorde en noggrann analys av moderföreningen NdNiO 2 , inklusive dess elektroniska bandstruktur, orbitala egenskaper, Fermi-ytor och bandtopologi genom att använda förstaprincipberäkningar och Gutzwillers variationsmetod. Resultaten visar att elektron-Fermi-fickorna bidrar med Ni-3d x2-y2 orbitaler, medan hålfickor består av Nd-5d 3z2-r2 och Nd-5d xy orbitaler. Genom att analysera elementär bandrepresentation i teorin om topologisk kvantkemi, författarna fann att en tvåbandsmodell kan konstrueras för att reproducera alla band runt Fermi-nivå.
De två banden kommer från två orbitaler, inklusive en Ni-3d x2-y2 orbital och en s-liknande pseudo-orbital belägen på ledigheten av syreatomer. Förutom, författarna fann att bandinversion sker mellan Ni-3d xy tillstånd och ledningsband, vilket resulterar i ett par Dirac-punkter längs M-A i Brillouin-zonen. Dessutom, att ta hänsyn till korrelationseffekterna av Ni 3d-elektroner, författarna utförde DFT + Gutzwiller-beräkningen. Resultaten visar att halvan ockuperade 3d x2-y2 orbital har den minsta kvasipartikelvikten (ca 0,12); nämligen, den 3d x2-y2 bandbredden efter renormalisering är cirka 1/8 av DFT-resultaten. Å andra sidan, Dirac-punkterna längs M-A högsymmetrilinjen blir närmare Fermi-nivån på grund av bandrenormaliseringen. I detta verk beräknade författarna den elektroniska strukturen, diskuterade topologiska egenskaper och konstruerade en tvåbandsmodell. Dessa resultat kommer att hjälpa människor att studera topologi och supraledning i nickelater.
Bandstrukturen för icke-interagerande tätt-bindande modell är inritad i svarta streckade linjer, medan DFT+Gutzwiller-banden är ritade i röda heldragna linjer. Insättningen visar kvasipartikelvikterna för fem 3d-orbitaler. Kredit:©Science China Press
