Observation of correlated plasmons in low-valence nickelates

使用共振非弹性X射线散射(RIXS)在氧K边观测到低化合价镍酸盐Pr4Ni3O8中的等离激元集体激发,并与过掺杂铜氧化物La₂₋ₓSrₓCuO₄进行对比。实验发现,镍酸盐的等离激元在面内动量下表现出色散行为,但相较铜氧化物具有更低的速度和更强烈的阻尼,且在更小的动量下即被过度阻尼而消失。随机相位近似(RPA)计算表明,这种差异源于镍酸盐中减少的电子跳跃和增强的长程库仑相互作用屏蔽效应,面内跳跃积分和库仑相互作用强度均显著小于铜氧化物。此外,镍酸盐的面外等离激元未显示可分辨的色散,可能与其三层耦合结构有关。温度依赖研究发现,Pr4Ni3O8的等离激元随温度升高而软化,而铜氧化物中能量几乎不变但阻尼增大,暗示镍酸盐中可能存在条纹涨落等额外关联。这些结果揭示了镍酸盐中独特的电荷屏蔽景观,电子跳跃减弱和库仑屏蔽增强是区别于铜氧化物的关键特征,可能解释了镍酸盐超导转变温度低于铜氧化物的原因,为两类材料间的类比提供了定量实验约束。

Observation of flat-bottom U-shaped energy gap in high-Tc nickelate (La,Pr)₃Ni₂O₇ thin films

利用极低温扫描隧道显微镜/谱和电输运测量,本研究首次在(La,Pr)₃Ni₂O₇薄膜中观测到能量对称、平底U形超导能隙,其零残余态密度且能隙大小超过40 meV。输运测量显示该薄膜在常压下具有超过40 K的起始超导转变温度和超过20 K的零电阻温度。隧穿谱呈现非常规的温度演化:随温度升高,U形能隙迅速填充并转变为V形能隙;同时,在14特斯拉的c轴磁场下能隙减小。这些温度与磁场依赖特性符合超导能隙行为,表明在极低温下存在无节点能隙函数。该发现揭示了双层镍氧化物高温超导的本质,并为在常压或零压下实现液氮沸点以上超导温度提供了重要启示。

On estimating superconducting shielding volume fraction from susceptibility in pressurized Ruddlesden-Popper nickelates: Response to arXiv:2602.19282

这篇回应性论文澄清了在加压Ruddlesden-Popper镍酸盐中超导屏蔽体积分数的评估方法。作者指出,他们的方法直接源于有限样品的标准静磁自洽关系(公式2-4),通过退磁因子N修正测量磁化率以得到内在磁化率,并由此估计屏蔽体积分数(f ≈ -χ)。该方法已在超导体文献中广泛应用数十年。以单晶样品S6为例,在50 GPa和5 K下,应用自洽公式计算得到超导屏蔽体积分数约为86%,而在40 GPa下约为82%。作者论证,arXiv:2602.19282中质疑的根本缺陷在于对方假设测量到的抗磁矩与超导屏蔽体积分数成线性比例,并通过计算全屏蔽麦斯纳磁矩进行简单归一化。这一假设对于强退磁的薄圆盘状样品不成立,因为内场与磁化通过退磁场自洽耦合,使得测量磁矩与屏蔽分数呈非线性关系,从而导致对方方法给出约60%的偏低估计。论文还讨论了单退磁因子框架的适用范围,指出其样品结构均匀、质量高,支持该宏观描述,而对方构造的人为相分离模型不适用于此。作者结论认为,基于静磁自洽的方法是正确且广泛采用的标准方法。

On the estimating the superconducting volume fraction from the internal magnetic susceptibility

Zhang等人[1]报道了高压下Pr₄Ni₃O₁₀单晶的零场冷却(ZFC)和场冷却(FC)数据,证实了Ruddlesden-Popper镍酸盐中的体超导电性,并利用内部磁化率χ_internal的幅度估算超导体积分数f=0.85。本文对该方法的关键假设f=|χ_internal|提出质疑,并通过反例说明:即使样品计算出的|χ_internal|达0.82,实际超导体积分数f可能低于0.10。作者指出,退磁因子N的计算依赖于非超导区域在样品中的分布,而均匀性假设并不成立——若90.2%的体积为非超导相,只要其几何形状改变退磁因子,磁化率测量值仍可匹配原始结果。因此,仅凭χ_internal无法唯一确定f,该方法在整个超导研究领域需要重新审视。

Orbital dimerization-induced first-order structural phase transition: a case study in La₃Ni₂O₇

该研究以新发现的镍基超导体La₃Ni₂O₇为例,揭示了其一级结构相变背后的“轨道二聚化”机制。作者指出,标准密度泛函理论(DFT)及考虑原子内关联的LDA+DMFT方法均无法重现该相变的突然性,因为这些方法忽略了关键的原子间关联。通过构建包含低能活性轨道的多体有效哈密顿量并进行精确对角化,他们发现当Ni-O-Ni键角趋于平直时,层间Ni轨道之间会产生强烈的反铁磁超交换作用,形成自旋单态键合,从而引起总能量急剧下降。这种能量降低在特定构型处产生新的局域能量极小值,与倾斜构型共存,完美解释了实验中观测到的一级相变特征,以及高低压结构的共存现象。该机制不仅改变了晶格键合性质,还导致低能电子结构定性变化(如超导电性的出现)。该工作建立的DFT加多体修正计算框架具有普适性,适用于含开壳层d/f电子的离子材料,为理解此类体系的结构与电子性质关联提供了关键微观机理。

Orbital Signatures of Density Wave Transition in La₃Ni₂O₇-delta and La₂PrNi₂O₇-delta RP-Nickelates Probed via in-situ X-ray Absorption Near-edge Spectroscopy

The report of superconductivity (SC) with Tc~80 K in bilayer Ruddlesden-Popper (RP) nickelate La3Ni2O7-delta have sparked considerable investigations on its normal state properties and SC mechanism under pressure and at low temperature. It is believed that the density wave (DW) at ~150 K plays an important role in SC emergence, but its nature remains largely underexplored. Here, we utilized temperature-dependent in-situ Ni K-edge X-ray Absorption Near-edge Spectroscopy (XANES) to probe the Ni-3d/4p electronic states of La3Ni2O7-delta and La2PrNi2O7-delta samples down to 4.8 K, enabling us to witness the evolution of both in-plane d_(x^2-y^2)/p_x (p_y) and out-of-plane d_(3z^2-r^2)/p_z orbitals of NiO6 octahedron across the DW transition. Main edge energy associated with Ni 4p orbital shows an anomalous decline near DW transition, signifying the occurrence of lattice distortions as a hallmark of charge density wave. Below DW transition, the enlarged crystal field splitting (CFS) indicates an enhanced NiO6 octahedral distortion. Intriguingly, magnetic Pr substituents could activate the mutual interplay of d_(x^2-y^2) and d_(3z^2-r^2) orbitals. We discussed its relevance to the favored bulk SC in the pressurized polycrystalline La2PrNi2O7-delta than pristine.

Orbital-Selective Coexistence of Interlayer Spin-Singlet Formation and SDW Order with Anomalous Spin Reconfiguration in Bilayer Nickelate La₃Ni₂O₇ Revealed by 17O-NMR

利用位点选择性17O-NMR对内顶端O(1)、外顶端O(2)和平面O(3,4)位点的测量研究了双层镍酸盐La3Ni2O7的自旋密度波序。在T_SDW=150 K以下,所有平面O(3,4)位点因内部磁场出现而显著展宽,而O(2)位点几乎无内部场,这与具有单自旋-无自旋(或大-小自旋)条纹的共格自旋密度波序一致;桥接NiO2平面的O(1)位点内部场几乎抵消,表明相邻平面间为反平行自旋构型。然而在T_A约115 K以下,尽管面内自旋密度波序仍保持强健,O(1)谱却消失,说明通过Ni–O(1)–Ni键的反平行自旋排列并不特别稳定。尤其与d_{3z^2-r^2}轨道强共价的O(2)位点局域自旋磁化率极小,表明桥接NiO2平面的Ni-d_{3z^2-r^2}轨道已形成良好的层间自旋单态。这些结果揭示了层间自旋单态形成及通过Ni–O(1)–Ni键合轨道的异常自旋重构,体现了该双层镍酸盐的轨道选择性本质。

Orbital-Selective d-wave Superconductivity in the Two-Band t-J Model: Possible Applications to La₃Ni₂O₇

本研究采用变分蒙特卡罗方法,对包含一个巡游轨道(轨道0)和一个准局域轨道(轨道1)的双带t-J模型中的超导电性进行了探索。核心发现是,系统呈现出稳健的轨道选择性d波超导态,该超导态完全起源于巡游的轨道0。通过对超交换能级层次的分析表明,准局域化的轨道1通过倾向于形成局域轨道间束缚态来与超导电性竞争,这些束缚态作为能量缺陷破坏了相位相干性。相应地,超导序参量随轨道1占据数的增加而单调下降。受镍酸盐La₃Ni₂O₇中超导电性的启发,这些结果强调了超越单带t-J框架的多轨道物理的关键作用,并为提高超导转变温度指明了具体途径:抑制源于局域d_{z²}轨道的参与。

Orbital-selective electron correlations in high-Trm c bilayer nickelates: from a global phase diagram to implications for spectroscopy

通过构建双层两轨道哈伯德模型的全域相图,研究了双层镍酸盐La3Ni2O7中的轨道选择性电子关联。在半填充时体系发生莫特转变,在物理电子数下呈现强轨道选择性,表现为z²轨道电子形成层间自旋单重态。该效应导致能带结构显著重整化,带宽大幅收缩,而z²成键与反键带间的分裂仍维持在约1 eV。这些关联特征自然解释了ARPES实验观测到的轨道依赖有效质量增强和z²成键带下沉至费米能级以下,以及光学电导率中Drude权重急剧降低而带间峰位几乎不移动的矛盾现象。理论分析表明,层间反铁磁超交换作用在维持带分裂中起关键作用,且层内关联使z²带脱离费米面。该工作为理解多层镍酸盐的常态性质和高温超导机制提供了统一的微观图像。

Origin of Spin Stripes in Bilayer Nickelate La₃Ni₂O₇

针对双层镍酸盐La₃Ni₂O₇在常压下的非常规磁序,本文提出了一个忠实反映其晶体对称性的微观哈密顿量。通过大规模密度矩阵重正化群计算表明,在较大的Hund耦合JH作用下,由于隐藏的准一维性,模型中出现了(π/2,π/2)自旋条纹序,并在一定电子浓度范围内持续存在。在更对称的高压区域,当层间反铁磁耦合J⊥足够强时,模型表现出增强的层间配对倾向。该研究揭示了对角自旋条纹的微观起源,并确认Hund耦合JH和层间耦合J⊥是控制La₃Ni₂O₇磁序和配对倾向的关键要素。