Microscopic Origin of Pressure-Enhanced and Robust Superconductivity in Infinite-Layer La₀.₈Sr₀.₂NiO₂

该研究结合第一性原理计算、压力依赖的双轨道模型以及自洽FLEX和线性化Eliashberg方程,揭示了无限层La₀.₈Sr₀.₂NiO₂中压力增强且稳健超导的微观机制。结果表明,压力升高增大了动能尺度、降低了有效关联强度U/t、增强了层间杂化,并使空穴从La/Sr电荷库转移到关联的Ni区域;在低压下,动能尺度增大和体系趋近最佳中等耦合促进配对,而高压下压力诱导的自掺杂使体系进入过掺杂区,从而抑制超导,形成宽超导穹顶。尽管压缩使费米面显著三维化,与配对相关的自旋磁化率对q_z依赖较弱,仍主要在(π,π)附近出现峰值,因此Ni d_{x²-y²}主导的d波配对态在计算压力范围内保持稳定。这一受限的低能配对框架解释了该材料在兆巴级压缩下超导的异常稳健性。

Mimicry of d-wave Andreev Signatures by Interlayer Pairing

该文针对双层镍酸盐La3Ni2O7中体态无节点能隙与点接触输运呈d波样特征之间的矛盾,在理论上假定由强层间反铁磁耦合驱动的层间配对为主导配对通道,并在两轨道紧束缚模型中引入层间与层内配对振幅以复现ARPES/STM的多能隙结构。作者指出,当点接触对两层耦合不均匀时,一个在层交换镜面对称下为奇的接触势可充当作用于层赝自旋的有效Zeeman场,从而在势垒区束缚随势垒宽度和强度移动的隙内Andreev态;在镜面本征基中,该势垒混合配对符号相反的镜面扇区并打开符号反转的Andreev通道。对La3Ni2O7顶部层势垒的模拟表明,其亚隙电导可重现通常被当作d波指纹的取向依赖零偏压电导峰及侧峰,说明无节点的层间配对态可模拟d波Andreev信号,为调和相互冲突的实验证据提供了自然图像。

Mode-selective phonon effects on magnetism and superconductivity in trilayer nickelates

该研究利用从头算与功能重整化群计算,考察电子-声子耦合对三层镍酸盐磁性与超导性的影响。作者识别出面外氧呼吸模具有显著电子-声子耦合,并构建了对称分辨且依赖层数的耦合。三层间相对相位产生不同的延迟电子相互作用,从而模式选择性地增强或抑制自旋密度波序与s±波超导。其机制是筛选介导的自旋-声子相互作用跨越多个能标:电子-声子耦合先改变高能电荷屏蔽,再重塑低能磁涨落,最终影响配对。所选模式给出磁性态的负同位素系数,与实验定性一致。该结果揭示了层间声子如何调控电子驱动的有序态,并为理解三层镍酸盐中的同位素效应提供了微观框架。

Momentum-dependent phonon effects on spin-fluctuation d-wave pairing in bulk La₆Ni₅O₁₂

该研究针对块体La6Ni5O12,采用五层Hubbard模型并在随机相近似(RPA)框架下考察电子-声子耦合对自旋涨落诱导的d_{x^2-y^2}波配对的影响;该框架给出的主导配对态为d_{x^2-y^2}波。由氧呼吸模式启发的两种唯象耦合单独存在时倾向于s波配对,但其在自旋涨落诱导能隙符号相反区域之间的吸引散射会抑制d波配对。计入电子电荷屏蔽后,这一抑制被显著削弱;比较有无屏蔽时s波与d波的配对强度可见,屏蔽将二者边界移向有利于d波的一侧,动量分辨投影进一步定位了不利散射过程被减弱的位置。在代表性电子相互作用下,d波配对仍占主导;该结果强调了电子-声子耦合的动量结构与电荷屏蔽在自旋涨落d波配对中的竞争作用。

Multiband Metallic Ground State in Multilayered Nickelates La₃Ni₂O₇ and La₄Ni₃O₁₀ Probed by 139La-NMR at Ambient Pressure

We report a 139La-NMR study of polycrystalline samples of multi(n)-layered nickelates, La3Ni2O7−δ (n = 2) and La4Ni3O10−δ (n = 3), at ambient pressure. Measurements of the nuclear magnetic resonance (NMR) spectra and nuclear spin relaxation rate (1/T1) indicate the emergence of a density wave order with a gap below T* ∼ 150 K for La3Ni2O7−δ and ∼130 K for La4Ni3O10−δ. The finite value of 1/T1 below T* indicates metallic ground states with the remaining density of states at the Fermi level (EF) under the density wave order. These features are attributed to multiple d electron bands with different characteristics. Above T*, the gradual decrease in 1/T1T upon cooling implies the presence of a band with flat dispersion near EF. From our microscopic probes, we point out that these nickelates (n = 2 and 3) possess similar electronic states despite the difference in the formal valence of the Ni d electron states, which provides a basis for understanding the novel high-Tc superconductivity under high pressures.

Multimodal Terahertz Spectroscopy of the Pairing Symmetry and Normal-State Pseudogap in (La,Pr)₃Ni₂O₇ Films

该研究通过结合线性太赫兹时域光谱与三阶谐波产生技术,系统探测了压缩应变(La,Pr)₃Ni₂O₇薄膜的超导配对对称性及正常态赝能隙。线性太赫兹光谱观测到超导转变温度以下低频谱权重的显著抑制,伴随弱相干峰以及趋近零温时仍存在的较大剩余电导,与无序s±波配对图像一致。非线性三阶谐波信号在进入超导态后急剧增强,但其响应在超导转变温度以上持续存在,并在约100K处出现扭折,结合角分辨光电子能谱在同类薄膜中观测到的类似温度尺度,将其归因于正常态赝能隙。研究确立了(La,Pr)₃Ni₂O₇为具有s±波类配对的体超导体,且该超导态与另一有序态共存并可能相互竞争,为探索超越铜基和铁基的非常规超导机制提供了新平台。

Multiorbital Anisotropy and Magnetic Excitations in Trilayer Nickelate Pr₄Ni₃O₁₀

本文结合X射线吸收谱与共振非弹性X射线散射,研究三层镍酸盐Pr4Ni3O10的多轨道电子结构与磁激发。由于Pr的共振不覆盖Ni L3边,可直接探测Ni L3边;Ni L边与O K边的偏振依赖测量分辨出面内与面外Ni-O杂化通道。动量分辨RIXS显示色散磁激发,并在非公度自旋密度波波矢处软化。有效自旋波分析给出显著的三层内交换耦合,其大小与主要面内相互作用相当,且对稀土替代不敏感。结果表明,多层结构而非单纯稀土替代,是调控该类材料磁相互作用的关键因素。

Multiorbital character of the density wave in trilayer nickelate superconductors

本研究利用偏振分辨拉曼散射并结合两轨道模型计算,揭示了三层镍酸盐La4Ni3O10密度波的多轨道特性。在声子部分,氧键伸缩模式在密度波转变温度T_DW附近出现明显的强度异常,而声子线形基本对称且频移和线宽变化微小,表明电子-声子耦合温和,密度波主要由电子不稳定性驱动而非晶格驱动。电子拉曼散射中,随着温度降低,连续谱权重在约114 meV(约910 cm⁻¹)以下显著耗尽,并在该能量处出现一个偏振相关的尖锐峰,该峰在B₂g通道中最强,B₁g通道中几乎缺失。通过构建同时包含Ni-3dₓ²₋ᵧ²和Ni-3d₂²轨道并在轨道空间中保留拉曼顶点的两轨道密度波态模型,计算确认该峰对应密度波能隙2Δ_DW,其打开表现为非相干和非平均场行为,且光谱响应必须依靠两个轨道的混合贡献,无法还原为任一单轨道投影。这些结果表明La4Ni3O10的密度波不稳定性具有本征的多轨道起源,为理解其与超导的竞争或共存关系提供了关键实验与理论依据。

Nature of charge density waves and metal-insulator transition in pressurized La₃Ni₂O₇

Nature of charge density waves and metal-insulator transition in pressurized La₃Ni₂O₇

Nearly Isotropic Vortex Solid in (La,Pr)₃Ni₂O₇ Thin Films

通过同步测量(La,Pr)3Ni2O7薄膜的电阻与抗磁性,并在面内和面外磁场下绘制涡旋熔化相图,研究了双层镍酸盐超导的各向异性。H∥c时,超薄薄膜的几何限域导致薄饼状涡旋;涡旋熔化场各向异性参数γ_Hm=Hm^ab/Hm^c随温度降低单调减小,并在低温下趋近于1,表明形成近各向同性的涡旋固体。在各向异性Ginzburg-Landau标度下,该比值反映超流密度各向异性,因而结果指向近各向同性的超流响应;这与严格二维的Ni 3d_{x^2-y^2}能带贡献不相容,而可由Ni 3d_{z^2}衍生γ带提供显著层间超流权重自然解释。该工作为双层镍酸盐薄膜中超导性包含γ带的实质性贡献提供了热力学证据。