Fremskridt i elektronisk struktur og topologi i nikkelatsuperledere

Opdagelsen af ​​høj Tc superledning i cuprater tiltrækker folk til at udforske superledning i nikkelater, hvis krystalstrukturer ligner cuprates. For nylig, Danfeng Li et al. ved Stanford University publicerede en artikel i Natur , rapportering af den observerede superledningsevne i hul-doterede nikkelater Nd _0,8 Sr _0,2 NiO ₂ . Forskellig fra cuprates, moderforbindelsen NdNiO ₂ bevarer ikke lang rækkevidde magnetisk orden, som man mente var ansvarlig for superledning i kobberoxider. Udover, grundtilstanden for NdNiO ₂ er metallisk. Kommentarartiklen In Natur bemærkede, at Lis arbejde kunne blive en game changer for vores forståelse af superledning i cuprater og cuprat-lignende systemer, måske fører til nye højtemperatur superledere.

For at forstå mekanismen af ​​nikkelates superledere, forskere ved Institut for Fysik, Chinese Academy of Science lavede en omhyggelig analyse af moderforbindelsen NdNiO ₂ , inklusive dets elektroniske båndstruktur, orbitale egenskaber, Fermi-overflader og båndtopologi ved at bruge førsteprincipberegninger og Gutzwillers variationsmetode. Resultaterne viser, at elektron Fermi-lommerne er bidraget af Ni-3d _x2-y2 orbitaler, mens hullommer består af Nd-5d _3z2-r2 og Nd-5d _xy orbitaler. Ved at analysere elementær båndrepræsentation i teorien om topologisk kvantekemi, Forfatterne fandt ud af, at en to-båndsmodel kan konstrueres til at gengive alle bånd omkring Fermi-niveau.

De to bånd stammer fra to orbitaler, inklusive en Ni-3d _x2-y2 orbital og en s-lignende pseudo-orbital placeret på tomrummet af oxygenatomer. Udover, forfatterne fandt, at båndinversion sker mellem Ni-3d _xy tilstande og ledningsbånd, hvilket resulterer i et par Dirac-punkter langs M-A i Brillouin-zonen. Ud over, at tage korrelationseffekterne af Ni 3d elektroner i betragtning, forfatterne udførte DFT + Gutzwiller-beregningen. Resultaterne viser, at halvdelen besatte 3d _x2-y2 orbital har den mindste kvasipartikelvægt (ca. 0,12); nemlig den 3d _x2-y2 båndbredden efter renormalisering er omkring 1/8 af DFT-resultaterne. På den anden side, Dirac-punkterne langs M-A højsymmetrilinjen bliver tættere på Fermi-niveauet på grund af båndrenormaliseringen. I dette værk beregnede forfatterne den elektroniske struktur, diskuterede topologiske egenskaber og konstruerede en to-bånds model. Disse resultater vil hjælpe folk til studiet af topologi og superledning i nikkelater.