Correlation-Driven Orbital-Selective Fermiology and Superconductivity in the Bilayer Nickelate La₃Ni₂O₇

该研究基于双层两轨道Hubbard模型,采用时间依赖变分原理团簇微扰理论(TDVP-CPT)与大尺度密度矩阵重正化群(DMRG)方法,系统探究了La₃Ni₂O₇中电子关联对费米面拓扑与超导配对对称性的影响。TDVP-CPT在包含多达16个物理位点的团簇上计算发现,电子关联驱动了显著的轨道选择性低能谱重构:d_{z²}轨道的谱权重逐渐耗尽,γ能带下沉至费米能级以下,而α和β能带则出现赝隙,最终在强耦合下形成以d_{x²-y²}轨道为主的费米弧。DMRG计算进一步揭示,主导的超导配对关联与该费米面重构一致演化,从弱耦合下的d_{z²}轨道主导的层间自旋单态配对转变为强耦合下的d_{x²-y²}轨道主导的配对,但始终保持s±波对称性。研究表明,γ费米面的消失非但不抑制超导电性,反而标志着关联驱动的配对通道转变,其关键中介机制包括层间反铁磁涨落、Hund耦合与轨道间杂化。

Correlation-renormalized spin-fluctuation pairing and the stabilization of s_± superconductivity in pressurized La₃Ni₂O₇

该研究针对加压La₃Ni₂O₇中超导配对对称性尚未定论的问题,采用四轨道Wannier哈密顿量,将单格点双轨道动力学平均场理论(DMFT)的自能引入随机相近似(RPA),构建自能重整化粒子-空穴气泡以替代裸气泡,保持相同的局域Slater-Kanamori相互作用顶点。普通RPA计算显示主导配对属于B₂g的dxy通道,而一旦包含DMFT自能,配对层级发生反转:A₁g符号改变的s±态成为主导,B₁g dx²-y²通道次之,原先的B₂g不稳定性被强烈抑制。口袋对分解和轨道分辨磁化率表明,该反转源于d3z²-r²轨道的选择性重整化,它滤除了有利于dxy配对的γ口袋散射过程,同时保留了有利于s±的分布性口袋间散射。进一步利用双Bethe-Salpeter方程结合局域DMFT顶点计算静态自旋磁化率,得到宽广的有限动量磁响应且在Γ点附近较弱,从两粒子层面强化了s±态的自旋涨落背景。结果表明,在La₃Ni₂O₇中强关联效应并非次要修正,恰当处理关联重整化的准粒子对于准确预测超导配对对称性至关重要。

Counterintuitive inverse superconducting transition beyond 4He-cooling limit

本文报道了在Eu基无限层镍酸盐(EuxNd1-xNiO₂和EuxPr1-xNiO₂)中实现的超过液氦冷却极限的逆超导转变。通过磁场调控,在过掺杂和欠掺杂区域均观察到超导零电阻态被限制在较低临界温度(Tc-inv约2.6–5.4 K)与较高正常Tc之间,升温或增加电流密度可从电阻态驱动进入超导态,并在更高温度和电流下再次消失。系统变温输运测量表明,这一Kelvin区间的逆超导转变源于温度变化引起的Eu²⁺4f⁷相关补偿有效磁场与上临界场的交替主导,并得到了磁场下约300 mK处超导重现所形成的温度诱导重入超导现象的支持。该工作建立了磁相互作用重构的高温超导体系作为探索逆转热退相干范式的量子现象的平台,也为量子相变器件的反向设计开拓了应用场景。

d-wave superconductivity in quintuple-layer bulk superconductor La₆Ni₅O₁₂

本研究针对五层块体超导体La$_6$Ni$_5$O$_{12}$,利用基于密度泛函理论构建的有效五层Hubbard模型及变分蒙特卡洛方法,探究其配对对称性。计算表明,自旋单重态$d_{x^2-y^2}$波超导态在能量上占优,而扩展$s$波配对被强烈抑制。基于优化态,作者预测了隧道态密度呈V形、超流密度低温线性耗竭、奈特位移下降及自旋晶格弛豫率遵循$1/T_1T\propto T^2$,这些特征共同指向洁净节点超导体。此外,该框架显示无限层LaNiO$_2$具有稳健的$d$波倾向,而三层La$_4$Ni$_3$O$_8$在名义填充下处于$d$波超导与非超导态的边界附近。这些结果确立了La$_6$Ni$_5$O$_{12}$作为探测镍氧化物配对对称性的平台,并暗示了缩减Ruddlesden-Popper镍氧化物家族中普遍存在的$d_{x^2-y^2}$波配对趋势。

Decoding Superconductivity in La₃Ni₂O₇₋δ Thin Films via Ozone-Driven Structure and Oxidation Tuning

该研究通过扫描透射电子显微镜结合电子能量损失谱,对外延生长的La₃Ni₂O₇₋δ薄膜进行了详细结构分析。薄膜采用脉冲激光沉积法在SrLaAlO₄衬底上制备,经不同臭氧退火处理后表现出显著差异的超导特性。研究发现,超导相的稳定与氧化学计量均匀性、外延应变以及特定堆叠结构基序(如双层和多型体)密切相关。通过关联堆叠多型体的丰富形貌与输运行为,建立了理解双层镍酸盐薄膜中亚稳态超导相的理论框架。结果揭示了氧含量、晶格应变和结构有序性在实现环境压力超导中的关键作用,为设计新型镍基超导材料提供了明确途径。

Delafossites as an unexpected competing phase to infinite-layer oxides

通过高通量第一性原理模拟,该研究系统比较了delafossite(D1)、有序岩盐变体(D2)及无限层(IL)氧化物在ABO₂化学计量下的热力学稳定性,并构建了涵盖2346种元素组合的相图。结果表明,对于镍酸盐、钯酸盐和铂酸盐,delafossite结构的稳定性与无限层相相当甚至更优,且这两种相与钙钛矿相之间存在竞争关系。电子结构分析显示,delafossite化合物具有反转的阳离子顺序,费米面以d_{z^2}轨道贡献为主,显著区别于无限层相的d_{x^2-y^2}特征。在所有候选体系中,La-Ni组合是稳定无限层结构的热力学最优选择。此外,通过Ca、Sr、Ba进行空穴掺杂可系统提高三种过渡金属家族中无限层相的相对稳定性。这些结果揭示了合成无衬底体相无限层氧化物的根本挑战,并为实验探索新型超导化合物提供了指导。

Density waves in low-pressure bilayer nickelates

本文利用无约束Hartree-Fock方法,基于多轨道Hubbard-Hund模型,研究了低压双层镍酸盐La₃Ni₂O₇的密度波相图。计算表明,在正交相中,电子体系首先在约150 K形成波矢为Q_Y=(0,π)的双条纹自旋密度波序;随后在约130 K,纯双条纹自旋态对共度电荷密度波不稳定,出现自旋调制的双条纹有序态,表现为面内Ni1和Ni2位点的磁矩与电荷密度发生调制,形成低自旋位点。该电荷序参数比磁序参数小一个数量级,并在能带中诱导额外的能隙和折叠费米面。研究确立了La₃Ni₂O₇中自旋密度波和电荷密度波的层级关系,为理解常压有序相与高压超导相之间的关联提供了重要线索,并提出了进一步实验检验的建议。

Density-wave order enhances the phonon thermal Hall effect in a trilayer nickelate

在三层Ruddlesden-Popper镍酸盐La₄Ni₃O₁₀的常压正常态中,研究人员观测到由密度波序增强的声子热霍尔效应。该材料在约140 K发生密度波相变,热霍尔响应在转变温度以下急剧增强,热霍尔角从160 K时的1.5‰升至100 K附近的6‰,并在70 K达到约7‰的峰值,同时在热霍尔电阻率上出现两个明显平台。纵向热导率几乎不随磁场变化且电子贡献极小,证明纵向与横向热输运均以声子为主。从热霍尔数据提取的特征能量约4.1 meV,与磁振子-声子色散交叉跨越能量3.2 meV高度吻合,表明自旋密度波序诱导的磁振子-声子杂化是增强热霍尔效应的核心机制。该工作揭示了镍酸盐中自旋-晶格耦合对声子输运的显著调控,并指出这种动态耦合可能通过软化光学声子参与压制反铁磁序、促进高压下超导电性的出现,为理解非常规超导体中电荷、自旋与晶格自由度的交织提供了新视角。

Density-wave phases, anisotropic transport, and Planckian dissipation in single crystals of the superconductor La₃Ni₂O₇

研究人员利用高质量La3Ni2O7单晶,通过精确测量面内和面外电阻率,建立了高精度的压力–温度相图。他们分辨出两个具有不同压力依赖性的密度波相关异常:其中低温异常T1先被压制,在约10 GPa结构相变后急剧增强,而高温自旋密度波异常T2则单调升高。压力诱导的结构转变不仅增大了两方向电阻率,还显著增强了低温电阻率各向异性,表明密度波序对电荷动力学有深刻影响。一旦压力将密度波相完全压制,在相边界处出现零电阻超导,其起始温度达68 K,正常态电阻率在超导转变温度以上至300 K的宽温区内呈线性温度关系,散射率落入普朗克极限范围。这些结果说明压力通过调控密度波序,重构了各向异性电荷输运,进而产生强散射的奇异金属态和超导电性,确立了密度波关联和普朗克耗散是La3Ni2O7的显著特征。

Detecting pairing symmetry of bilayer nickelates using electronic Raman scattering

本研究利用双轨道双层模型,通过多轨道和能带加和两种方法系统计算了不同拉曼通道下的电子拉曼响应,以区分双层镍酸盐超导体La₃Ni₂O₇中争议的配对对称性。通过对比多轨道与能带加和近似的拉曼磁化率,发现拉曼响应能有效区分不同配对对称性,并识别完全开缝和节状超导态中依赖于费米口袋的能隙大小。具体地,节状dₓ²⁻ᵧ²/dₓᵧ波配对在低能下表现出稳健的幂律行为,与完全开缝配对截然不同;而对于s±波配对,则可以确定β口袋上的能隙各向异性细节。研究还强调了多轨道效应对拉曼谱的关键塑造作用,并指出电子拉曼散射作为一种具有对称分辨能力的探针,能够为确定非常规超导体的超导能隙结构提供有力手段,对理解双层镍酸盐的超导机制具有重要实验意义。