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物理所等提出镍氧化物超导母体的理论模型

2020-01-17 物理研究所
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  在镍氧化物LaNiO2和NdNiO2中,Ni为+1价,其3d轨道上有9个电子,最高的dx2-y2轨道半满,Sr掺杂会引入空穴,类似空穴掺杂的铜氧化物高温超导体,多年来人们一直猜测其中也可能有高温超导。最近,《自然》杂志报道在Nd1-xSrxNiO2薄膜中发现超导相,证实了这一预期[Nature 572, 624 (2019)]。

  为了澄清镍氧化物超导的物理特性,澳门太阳集团app下载,澳门太阳集团APP下载,澳门太阳集团首页,澳门太阳集团官网物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心EX9组研究员杨义峰与清华大学教授张广铭和澳门太阳集团app下载,澳门太阳集团APP下载,澳门太阳集团首页,澳门太阳集团官网大学卡弗里理论科学研究所教授张富春合作,提出了镍氧化物超导体的一个理论模型。他们仔细分析了实验数据,发现未掺杂的NdNiO2或LaNiO2母体中均存在较强的近藤散射,导致电阻与霍尔系数在低温下呈现典型的对数温度依赖行为;而在空穴掺杂的Nd1-xSrxNiO2中,电阻在超导转变之上呈现类似最佳掺杂铜氧化物的奇异金属行为。基于以上事实,他们提出镍氧化物超导体的母体为自掺杂的Mott绝缘体,其中Ni的大部分3dx2-y2电子比较局域,形成自旋晶格,少部分则转移到Nd或La的5d轨道上。这些巡游的5d电子既在Ni自旋晶格上引入了空穴(holon),又与这些自旋发生近藤散射并在低温下形成近藤单态(doublon),产生低能的doublon-holon激发,破坏了可能的磁性长程序。

  以上工作为理解镍氧化物超导体提供了理论基础,指出该体系具有重费米子和铜氧化物的双重特征,是探索新物理的重要对象。文章发表于《物理评论B》,并被选为编辑推荐[Phys. Rev. B 101, 020501(R) (2020)]。该工作得到科技部(2016YFYA0300300, 2017YFA0302902, 2017YFA0303103、2014CB921203、2015CB921303)、国家自然科学基金委(11774401, 11674278)和澳门太阳集团首页战略先导项目(XDB28000000)的支持。

  论文链接

图1:NdNiO2和LaNiO2的电阻与霍尔系数,低温下呈现对数温度依赖行为。

图2:镍氧化物超导母体理论示意图,自旋格子及其上doublon-holon激发。

打印 责任编辑:叶瑞优

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