Unusual Hole-doping-dependent Electronic Instability and Electron-Phonon Coupling in Infinite-layer Nickelates
铜氧化物在空穴掺杂下的超导电性与电荷密度波的相互作用是凝聚态物理的中心现象之一。最近，CDW也观察到在CaCuO $_2$ -类似的镍酸盐RNiO $_2$（R = La，Nd），但表现出根本不同的空穴掺杂依赖行为相比，在铜酸盐，提出了一个具有挑战性的问题，其起源。在本文中，我们认为电子不稳定性（EI）和动量依赖的电子-声子耦合（MEPC）可能是RNiO $_2$中CDW形成的原因，其中Ni 3dx 2-y2和R 5dz 2分别起主要作用.在没有空穴掺杂的情况下，RNiO $_2$中存在由范霍夫奇异性（VHS）引起的强烈的费米面嵌套（FSN），而CaCuO $_2$中则没有，并且EI和MEPC不寻常的温度不敏感特性可能导致RNiO $_2$中出现较高温度的CDW.在空穴掺杂条件下，VHS的位移和R5 dz 2占据的减少使Ni 3dx 2-y2的FSN降低，从而分别大大削弱了RNiO $_2$中的EI和MEPC，抑制了CDW的形成.我们的理论不仅为一些令人困惑的实验现象提供了可能的解释，而且为镍酸盐和铜酸盐中空穴掺杂依赖的EI和MEPC建立了统一的认识。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Emergence and tunability of Fermi-pocket and electronic instabilities in layered Nickelates
本研究针对层状镍酸盐的电子结构调控问题，提出聚焦有效轨道与费米口袋的建模框架，揭示$3d_{z^2}$轨道诱导第二费米口袋的机制，预测了可通过掺杂/压力调控的特定极化率，为理解其电子不稳定性提供新见解。
2024-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Infinite-layer nickelate superconductors: A current experimental perspective of the crystal and electronic structures
二十多年来，人们对高温超导铜酸盐类似物的研究取得了丰硕的成果，并希望对高温超导的机理有更好的理解。然而，在无限层镍酸盐中发现的超导电性给这幅图景带来了比预期更多的神秘。排在问题清单首位的可能是（1）块体镍酸盐中不存在超导性和薄膜中无限层相的有限厚度，（2）La-镍酸盐中不存在超导性，尽管它是最早研究的稀土镍酸盐，以及4f轨道在超导性配方中的作用，（3）不存在迈斯纳效应，怀疑超导起源于界面;（4）镍酸盐是否具有与单带高温铜酸盐或多带铁基超导体相似的对对称性。在这篇前瞻性的文章中，我们将讨论以下几个方面：（1）SrTiO_3（001）衬底上无限层相的稳定性和可观测量的厚度依赖性;（2）超导圆顶和相图的稀土依赖性，（La/Pr/Nd）-无限层镍酸盐薄膜：（3）迈斯纳效应测量的实验研究;（4）无限层镍酸盐超导体对对称性的理论框架和实验研究。
2021-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
Correlations turn electronic structure of finite-layer nickelates upside down
受最近在五层镍酸盐Nd $_6$ Ni $_5$ O $_{12}$ [Nature Materials 10.1038]中发现的超导电性的启发，我们计算了它的电子结构和超导临界温度。我们发现，电子相关性是必不可少的推动Nd $_6$ Ni $_5$ O $_{12}$到超导掺杂范围，因为它们移动的电子袋以上的费米能。因此，Nd $_6$ Ni $_5$ O $_{12}$可以用每个Ni的单个$d_{x^2-y^2}$轨道来描述。相反，对于双层镍酸盐Nd $_3$ Ni $_2$ O $_6$，我们发现相关性驱动系统进入三轨道制度，也涉及Ni $d_{xz,yz}$状态。然而，我们建议，最佳掺杂的单轨道物理可以通过用四价Zr取代60%的三价Nd或La来恢复。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Optical properties and electronic correlations in La$_3$Ni$_2$O$_7$ bilayer nickelates under high pressure
本文利用DFT+U计算高压下La3Ni2O7双层镍酸盐的光学性质，揭示其电子关联强度、氧空位影响及结构转变与Drude权重增强的关联，并比较不同堆叠与相关镍酸盐的光谱趋势。
2024-09-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Correlated Electronic Structure and Density-Wave Gap in Trilayer Nickelate La4Ni3O10
Tsinghua University（清华大学）；Lanzhou University（兰州大学）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）；ShanghaiTech University（上海科技大学）；University of Oxford（牛津大学）
研究通过高分辨率角分辨光电子能谱和从头计算，揭示三镍酸La4Ni3O10的电子结构与密度波间隙特性，为理解镍酸盐中的非常规超导性提供关键信息。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Modifying the Electronic Orbitals of Nickelate Heterostructures Via Structural Distortions
我们描述了一种通用的材料设计方法，在镍酸盐异质结构中产生大的轨道能量分裂（轨道极化），在费米能处产生二维单带电子表面。由此产生的电子结构模仿高温铜酸盐超导体。这两个关键要素是：（i）通过电荷转移和内部电场构建原子尺度的Ni位畸变，以及（ii）使用三组分超晶格来打破反转对称性。我们使用{ \it ab initio}计算实现的方法，与实验验证的关键结构基序，使设计成功。
2013-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structures across superconductor-insulator transition in Ruddlesden-Popper bilayer nickelate films
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）；Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale, University of Science and Technology of China（微观尺度物理科学合肥国家研究中心，中国科学技术大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）；Nanjing University（南京大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Tsinghua University（清华大学）
研究通过ARPES和XAS揭示了层镍酸盐薄膜在超导-绝缘体转变中的电子结构演变，发现超导态中存在费米能级附近的相干准粒子带和高能区的非相干瀑布特征，绝缘态形成过程中相干带权重逐渐减弱，揭示了氧调控对相图中超导-绝缘体转变的电子起源。
2026-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Electronic structure of higher-order Ruddlesden-Popper nickelates
我们用第一性原理计算分析了最近合成的高阶镍酸盐Ruddlesden-Popper相La $_{n+1}$ Ni $_n$ O $_{3n+1}$（$n=4-6$）的电子结构.对于所有的材料，我们的研究结果表明，大的孔状费米表面与$d_{x^2-y^2}$字符，非常类似的最佳空穴掺杂的铜酸盐。对于较高的$n$值，额外的非铜酸盐样带的$d_{z^2}$轨道特征出现。这些方面突出表明，该Ruddlesden-Popper系列可以提供一种通过调节镍酸盐的维度来修改其电子基态的手段。由于它们与铜酸盐的相似性和差异性，这种新的材料家族可能会揭示铜基氧化物的物理学。
2022-03-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic Origin of Density Wave Orders in a Trilayer Nickelate
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Magnetoelectric Physics and Devices, School of Physics, Sun Yat-Sen University（中山大学物理学院广东省磁电物理与器件重点实验室）；Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences（中国科学院化学物理研究所）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）
本研究通过实验和模拟揭示了三镍酸层状材料中密度波序的电子起源，明确了层间反铁磁自旋密度波的形成机制及Ni-3d轨道在低能物理中的主导作用。
2026-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Cuprate-like Electronic Structures in Infinite-Layer Nickelates with Substantial Hole Dopings
本研究利用ARPES直接解析了无限层镍酸盐LaNiO$_2$和超导La$_{0.8}$Ca$_{0.2}$NiO$_2$的电子结构，发现其费米面与空穴掺杂铜酸盐相似，但超导相具有显著更高的空穴掺杂，为微观理解该家族超导性铺平了道路。
2024-06-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Infinite-layer fluoro-nickelates as $d^9$ model materials
本文从理论上研究了氟镍酸盐系列化合物$A$ NiF $_2$（$A=$ Li，Na，K，Rb，Cs）的四元$P4/mmm$无限层状结构。我们用密度泛函理论确定了这些前所未有的化合物的结构参数和电子能带结构。因此，我们预测这些材料的模型$d^9$系统中的Ni $^{1+}$氧化实现和低能物理完全由Ni-3 $d$带只。因此，这类氟镍酸盐为研究从特殊的$d^9$电子构型中出现的有趣物理学提供了一个理想的平台，特别是高温非常规超导性。
2019-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Electronic structure and magnetic correlations in trilayer nickelate superconductor La$_4$Ni$_3$O$_{10}$ under pressure
本文利用 DFT+动力学平均场理论研究了压力下三层镍酸盐 La$_4$Ni$_3$O$_{10}$ 的电子关联效应，发现 Ni $3d$ 能带存在位点和轨道依赖的重整化及 $d_{3z^2-r^2}$ 态非相干性，并指出面内自旋涨落对理解其超导电性至关重要。
2024-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Doping evolution of the Mott-Hubbard landscape in infinite-layer nickelates
最近在Nd $_{0.8}$ Sr $_{0.2}$ NiO $_2$中观察到的超导电性提出了关于潜在电子结构层次的基本问题。计算表明，该系统属于莫特-哈伯德制度，而不是其他镍氧化物和超导铜酸盐的电荷转移配置。在这里，我们使用最先进的，局部分辨电子能量损失谱直接探测的Mott-Hubbard字符的Nd $_{1-x}$ Sr $_x$ NiO $_2$。掺杂后，我们观察到了类似于Zhang-Rice单线态的氧投射态的杂化，Nd 5 $d$态的改变，以及Ni 3 $d$杂化和填充的系统演化.这些结果清楚地证明了该系统的多频带性质和独特的电子景观无限层镍酸盐，尽管他们的形式相似的铜酸盐。
2020-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Fermi level density of states modulation without charge transfer in nickelate superlattices
利用第一性原理密度泛函理论计算了（LaNiO 3）m/（SrTiO 3）n超晶格的电子响应.据发现，费米能级态密度的金属镍酸盐层显着降低，而没有在界面附近的绝缘SrTiO 3的电荷转移。这种类型的电子状态的重新分布是明显不同于其他界面现象，如电荷和轨道重建。我们的结果为理解镍酸盐和其他过渡金属氧化物异质结构提供了新的思路。
2014-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Optical spectra of rare-earth nickelates
基于第一性原理DFT计算得到的电子能带结构，计算了钇和钕镍酸盐的光谱。结果表明，计算结果与实验数据符合较好.我们澄清了前两个峰的起源处的电子跃迁，突出了在以前的模型中被忽略的t2g态跃迁的重要作用。我们讨论了从小到大的稀土阳离子的光谱的演变，并将这种变化与电子能带结构联系起来。
2020-04-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Energetics of the coupled electronic-structural transition in the rare-earth nickelates
稀土镍酸盐表现出金属-绝缘体的转变，伴随着结构扭曲，打破了以前等价的镍网站之间的对称性。这种耦合的电子结构不稳定性的定量理论描述是极具挑战性的。在这里，我们解决这个问题，同时考虑到结构和电子自由度使用电荷自洽组合的密度泛函理论和动力学平均场论，连同筛选的相互作用参数从约束随机相位近似。我们的总能量计算表明，耦合到一个电子不稳定性的电荷pectionated绝缘状态是至关重要的稳定的结构畸变，导致一个明确的一阶字符的耦合过渡。整个系列的八面体旋转的减少抑制了这种电子不稳定性，同时增加了有效库仑相互作用的屏蔽，从而削弱了负责金属-绝缘体转变的相关效应。我们的方法可以获得准确的值的结构畸变，从而有利于全面的理解，定性和定量的结构特性和电子相关效应之间的复杂的相互作用，在整个镍酸盐系列。
2019-02-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Epitaxial growth and electronic structure of Ruddlesden-Popper nickelates ($ \mathrm{La}_{n+1}\mathrm{Ni}_{n}\mathrm{O}_{3n+1}, n=1-5 $)
通过反应分子束外延技术成功生长了 $ n $ 高达 5 的 Ruddlesden-Popper 镍酸盐薄膜，证实了其高结晶质量及对 $ n $ 值的强输运依赖性，并利用 ARPES 揭示了特定组分的电子结构特征。
2023-05-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Materials design of dynamically stable $d^9$ layered nickelates
出于最近发现的超导性的Sr掺杂的层状镍酸盐NdNiO $_2$，我们进行了系统的计算材料设计的层状镍酸盐是动态稳定的，其电子结构更好地模仿高- $T_c$铜酸盐的电子结构比NdNiO $_2$。虽然镍$3d$轨道是自掺杂的$d^9$配置在NdNiO $_2$和Nd层的状态形成费米口袋，我们发现超过10个有前途的化合物的自掺杂几乎或甚至完全抑制。我们推导出这些材料的有效单带模型，并发现它们处于强关联状态。我们还研究了高$T_c$铜酸盐的钯酸盐类似物的可能性。一旦合成，这些镍酸盐和钯酸盐将为研究Zaanen-Sawatzky-Allen分类的Mott-Hubbard制度中的超导性提供坚实的基础。
2020-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Layer-resolved Electronic Structure and Correlation of Low-$n$ Square-planar Nickelates: A DFT+DMFT Prediction of Superconducting Candidates
School of Physics and Key Laboratory of Quantum State Construction and Manipulation (Ministry of Education), Renmin University of China（中国人民大学物理学院和量子态构建与操控教育部重点实验室）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
研究低\(n\)四方平面镍酸盐超导性，提出间隔层氯掺杂策略。通过密度泛函理论结合动态平均场理论表明，电子补偿的\(n = 2\)和\(n = 3\)镧基镍酸盐能发展出与超导高\(n\)化合物相当的镍\(d\)相关性，为设计低\(n\)镍酸盐超导体提供策略。
2026-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Pressure and doping effects on the electronic structure and magnetism of the single-layer nickelate La$_2$NiO$_4$
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院、内尔研究所）
研究通过压力和掺杂调控单层镍酸盐La$_2$NiO$_4$的电子结构和磁性，揭示其结构、掺杂与磁性之间的相互作用。
2025-09-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Electron vs. hole doping in infinite-layer nickelates: electronic structure, magnetism and correlations
Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Università di Cagliari（卡利亚里大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
通过密度泛函理论与动力学平均场理论结合，研究了无限层镍酸盐在电子掺杂和空穴掺杂下的电子结构演化，发现自掺杂效应存在显著不对称性，并影响磁性响应，但电子关联主要由Ni d_{x^2-y^2}轨道主导。
2026-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Structurally Triggered Metal-Insulator Transition in Rare-Earth Nickelates
稀土镍酸盐形成一系列有趣的相关钙钛矿氧化物。除LaNiO 3外，它们在冷却时还表现出尖锐的金属-绝缘体电子相变、同时发生的结构相变和向不寻常的反铁磁自旋序的磁性相变。尽管这些化合物具有各种各样的应用，但由于缺乏对它们的电子、结构和磁性之间相互作用的全面了解，它们的充分利用仍然受到阻碍。在这里，我们表明，从第一性原理计算的金属-绝缘体过渡的镍酸盐从软化的氧呼吸扭曲，结构上引发的氧八面体旋转运动。这种罕见的触发机制的起源追溯到它们的电子和磁性，提供了一个统一的图片。我们进一步开发了一个朗道模型占的演变的金属-绝缘体过渡的$R阳离子和合理化如何调整这种过渡作用于氧旋转运动。
2017-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Dichotomous electronic system in a bilayer Ni$^{1+}$ nickelate
Goethe-Universität Frankfurt（法兰克福歌德大学）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics（亚太理论物理中心）；Korea University（韩国大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）
研究Ni$^{1+}$双层镍酸盐La$_3$Ni$_2$O$_5$F中基于间隙密度的$E^*$电子带与常规Ni $dp\sigma$带形成的二分电子系统，揭示其自掺杂、非解析狄拉克点和非常规超导潜力。
2026-10-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Revealing the role of interfacial heterogeneous nucleation in metastable thin film growth of rare earth nickelates electronic transition materials
虽然稀土镍酸盐（ReNiO 3）具有丰富的电子相和广泛可调的金属-绝缘体电子跃迁性质，但其固有的Meta稳定性在很大程度上阻碍了其实际的电子应用。除了提高氧反应压力，异相成核预计作为一种替代策略，使结晶ReNiO 3在低Meta稳性。本文揭示了高氧压和异质界面在触发ReNiO_3薄膜亚稳态生长中各自的作用。采用第一性原理计算进一步验证了在LaAlO 3单晶衬底上生长的ReNiO 3（Re：Nd，Sm，Eu，Gd，Dy）异质薄膜在常压下不需要施加高氧压就能有效晶化，表明ReNiO 3与衬底之间的界面结合能充分降低ReNiO 3的正Gibbs形成能.然而，突变的电子跃迁只出现在高氧压下生长的ReNiO 3薄膜中，在这种情况下，氧空位通过高氧压反应被有效地消除，如近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）所示。本工作揭示了异质形核和高氧压对高质量ReNiO 3薄膜生长的协同作用。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic excitations in Nd$_{n+1}$Ni$_{n}$O$_{3n+1}$ Ruddlesden-Popper nickelates observed via resonant inelastic x-ray scattering
本研究通过RIXS观测Nd$_{n+1}$Ni$_{n}$O$_{3n+1}$镍酸盐的磁激发，发现随层数增加磁激发软化，证实结构调控可有效改变电子性质。
2025-04-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Phase formation in hole- and electron-doped rare-earth nickelate single crystals
本文通过高压光学浮区法生长稀土镍酸盐单晶，系统研究空穴、电子及自掺杂对相形成的影响，发现掺杂超过8%时发生相分离，而低掺杂钙钛矿相晶体电阻率降低且磁响应受抑制，为调控其电子态提供了新见解。
2023-06-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Assessing the correlated electronic structure of lanthanum nickelates
采用第一性原理多体方法，结合密度泛函理论、自相互作用修正和动力学平均场理论，研究了镍氧化物系列化合物LaNiO $_3$（formal Ni $(d^7)$）、LaPDMATHABMO NiO $_4$（formal Ni $(d^8)$）和LaNiO $_2$（formal Ni $(d^9)$）.这些不同的镍酸盐的特性，在良好的协议与现有的实验数据，揭示通过采用一个化合物独立的选择当地的库仑相互作用。在$\{d_{z^2},d_{x^2-y^2}\}$类的低能量主导的Ni-$e_g$扇区内的二分法随着Ni $(3d)$在整个系列中填充的增长而上升。介绍了一种用于自旋极化计算的中间耦合方案，该方案导致无限层化合物LaNiO $_2$的Ni有序矩非常弱，与鲁棒矩系统La $_2$ NiO $_4$形成对比.
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Discovery of Giant Unit-Cell Super-Structure in the Infinite-Layer Nickelate PrNiO$_2$
本研究利用高能掠入射X射线衍射在无限层镍酸盐PrNiO$_2$中发现由扩散氧有序导致的巨型超晶格结构，为超小布里渊区电子学提供了不同于莫尔结构的新途径。
2024-04-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Dynamical Mean Field Studies of Infinite Layer Nickelates: Physics Results and Methodological Implications
本文总结了最近的工作多体（超越密度泛函理论）的层状稀土镍酸盐的电子结构，无论是在材料本身的上下文中，并在高温超导（高- $T_c$）层状氧化铜化合物的比较。它旨在概述我们对层状镍酸盐的理解的现状，并展示这些迷人材料的分析如何揭示现代电子结构理论中的基本问题。一个主要的焦点是确定如何在一个广泛的能量范围内定义的相互作用的物理可以被估计和“向下折叠”到一个低能量的理论，将描述相关的自由度上的$\sim 0.5$ eV尺度，可以解决，以确定超导和自旋和电荷密度波相边界，温度依赖的双折射率，和动态双折射率。
2022-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
AC-frequency switchable correlated transports in rare-earth perovskite nickelates
虽然电子相关性先前被认为触发超出常规的直流（DC）电子输运（例如，金属到绝缘体的转变，坏金属，热敏电阻），它们各自的影响交流（AC）输运在很大程度上被忽视。在这里，我们展示了积极的监管d-波段相关的稀土镍酸盐（ReNiO 3）薄膜的电子功能，通过简单地利用其电子响应交流频率（fAC）。辅助温度依赖性的近边X射线吸收精细结构分析，我们发现正的温度依赖性的库仑粘度的ReNiO 3，缓和其交流阻抗。观察到在附近温度下测量的R（Real）-fAC之间的显著交联不同于常规氧化物。从电子学的角度来看，它可以通过fAC在NTCR-、TDelta-和PTCR-热敏电阻之间实现ReNiO 3相关传输的主动可调节性，而无需改变材料或器件结构。TDelta-fAC关系可以通过Re组分和界面应变进一步广泛地调整。在ReNiO 3中发现的交流频率灵敏度为调节和切换器件工作状态带来了新的自由，超越了目前的半导体技术。它开辟了一个新的范例，丰富了新的电子应用，满足自动变速器或人工智能在传感温度和频率。
2020-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen induced electronic transition within correlated perovskite nickelates with heavy rare-earth composition
虽然钙钛矿族稀土镍酸盐（ReNiO 3）氢致电子跃迁的发现为探索新材料功能和器件应用开辟了新的范式，但现有的研究主要集中在轻稀土组成的ReNiO 3上。为了进一步扩展对重稀土的认识，在这里，我们展示了准单晶ReNiO 3/LaAlO 3（001）异质结构的氢致电子跃迁，涵盖了从Nd到Er的各种稀土成分。氢引起的ReNiO 3电阻率的升高（RH/R 0）显示出与稀土组成的原子序数的意外的非单调趋势，例如，从Nd到Dy先增加，然后从Dy到Er减少。虽然重稀土成分的ReNiO 3（如DyNiO 3）具有高达107的大RH/R 0，但它们的氢致电子跃迁是不可逆的。通过近边X射线吸收精细结构分析进一步探测电子结构，清楚地表明了ReNiO 3的电子结构从Ni 3+基电子巡回轨道构型向Ni 2+基电子局域态的相应转变。综合考虑氢致跃迁可逆性与材料电阻率变化的关系，我们认为中稀土（如Sm）ReNiO_3最适合于相关电子器件的应用。
2021-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Emergent electronic landscapes in a novel valence-ordered nickelate with tri-component nickel coordination
通过氧脱插层方法合成了一种具有三组分配位和有序镍价态的新型钐镍酸盐Sm$_{9}$Ni$_{9}$O$_{22}$，该材料展现出强烈的轨道极化、电荷有序和强电子局域化基态，为拓扑转变实现的新材料提供了独特平台。
2023-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Structural transitions, octahedral rotations, and electronic properties of $A_3$Ni$_2$O$_7$ rare-earth nickelates under high pressure
基于第一性原理计算，研究了稀土双层镍酸盐 A3Ni2O7 在高压下的结构与电子性质，揭示了化学与外部压力的相反调控作用，发现了新结构相和电子重构，并指出 Tb3Ni2O7 为常压超导候选材料。
2024-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Synthesis and electronic properties of Nd$_{n+1}$Ni$_{n}$O$_{3n+1}$ Ruddlesden-Popper nickelate thin films
稀土镍酸盐具有多种多样的集体现象，包括金属到绝缘体的转变，磁相变，以及化学还原后的超导性。在这里，我们证明了外延稳定的层状镍酸盐的Ruddlesden-波普尔的形式，钕$_{n+1}$镍$_n$ O $_{3n+1}$，使用分子束外延。通过优化母体钙钛矿NdNiO $_3$的化学计量比，我们可以重复地合成$n = 1 - 5$成员化合物。在O $K$和Ni $L$边缘的X射线吸收光谱表明，当我们从$n = 1$到$n = \infty$的系列中移动时，镍-氧杂化水平和标称镍填充从3 $d^8$到3 $d^7$的系统变化。$n = 3 - 5$化合物表现出弱滞后的金属-绝缘体转变，其转变温度随着朝向NdNiO $_3$（$n = \infty)$ .
2022-05-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Mechanism and Control Parameters of the Coupled Structural and Metal-Insulator Transition in Nickelates
稀土镍酸盐表现出显着的金属-绝缘体转变伴随着晶格“呼吸”模式相关的结构转变。使用模型的考虑和第一性原理计算，我们提出了这种相变的理论，它揭示了电子和晶格不稳定性之间的耦合的关键作用。我们表明，过渡是由附近的电子耦合到呼吸模式的不稳定性，从而协同驱动系统进入绝缘状态。这使我们能够确定两个关键的控制参数的过渡：电子极化的敏感性和刚度的晶格模式。我们表明，我们的研究结果可以合理化的朗道理论涉及两个耦合的序参量，过渡金属氧化物的一般影响。
2019-02-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic properties of nickelate superconductor R3Ni2O7 with oxygen vacancies
本文研究了氧空位对La3Ni2O7电子结构的影响，发现VO使Ni dz2轨道完全填充并改变轨道跃迁符号，可能损害超导电性，并提出Ce3Ni2O7因VO浓度更低而更具潜力。
2023-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Topotactic-hydrogen forms chains in $AB$O$_2$ nickelate superconductors
本文通过DFT+DMFT计算揭示无限层LaNiO₂超导体中氢倾向于形成一维链，进而诱导Ni价态与磁相共存，为解释电荷有序态及合成困难提供新机制。
2023-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Dimensionality-tuned electronic structure of nickelate superlattices explored by soft-x-ray angle resolved photoelectron spectroscopy
外延LaNiO 3/LaAlO 3超晶格的电子和磁性可以通过层厚度和衬底诱导应变来调节。在这里，我们报告的直接测量的k-空间分辨的电子结构的埋在超晶格的镍酸盐层的压缩应变下的软X射线光电发射。在解开了光电子衍射引起的角度依赖信号的强非本征贡献之后，我们能够从我们的数据中提取费米表面信息。我们发现，随着降低LaNiO 3的厚度下降到两个单位电池（2 μ C）准粒子的相干性变得强烈减少，符合在运输测量中看到的尺寸诱导的金属到绝缘体的转变。尽管如此，一个强烈的非相干背景上的残留费米表面可以确定在2 μ c超晶格的嵌套属性是一致的自旋密度波（SDW）的不稳定性最近报道。Ni 3d光谱的整体行为和不存在完全的能隙开放表明SDW相由强序参量波动主导。
2014-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic Structure of Superconducting Infinite-Layer Lanthanum Nickelates
本研究首次通过角分辨光电子能谱揭示了超导无限层镍酸盐La$_{0.8}$Sr$_{0.2}$NiO$_{2}$的电子结构，发现其费米拓扑与理论预测一致，Ni-$d_{x^2-y^2}$能带具有2-3倍质量增强及类似铜氧化物的色散异常。
2024-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Turning a nickelate Fermi surface into a cuprate-like one through heterostructuring
利用局域密度近似及其与动力学平均场论的结合，我们证明了空穴掺杂1/1 LaNiO 3/LaAlO 3异质结构的电子关联诱导出单层的铜氧化合物状费米面，尽管两个eg轨道都对它有贡献，Ni 3d 3z^2-1轨道在铜氧化合物中扮演着轴向Cu 4s状轨道的角色。这两个结果表明，通过异质结构的“轨道工程”应该是可能的。由于我们也发现了强的反铁磁关联，镍酸盐异质结构中的低能电子和自旋激发类似于高温铜酸盐超导体。
2009-05-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronically Amplified Electron-Phonon Interaction and Metal-Insulator Transition in Perovskite Nickelates
本研究通过高分辨率光谱研究Nd1-xSrxNiO3薄膜，揭示电子关联增强的电子-声子相互作用在钙钛矿镍酸盐金属-绝缘体转变中的关键作用，并建立输运-光谱对应关系。
2024-07-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Single-layer T'-type nickelates: Ni$^{1+}$ is Ni$^{1+}$
无限层镍酸盐超导性的发现为量子材料的研究开辟了新的前景。我们分析，通过第一性原理计算，电子性质的La $_2$ NiO $_3$ F -第一单层T '型镍酸盐-和比较这些性质与相关的镍酸盐和同构铜酸盐。我们发现$_2$ $_3$ F本质上是一个单带系统，费米面由具有特殊二维特征的Ni-3 $d_{x^2-y^2}$态占据.此外，其跳跃比与最高的$T_c$铜酸盐相似，并且存在显著的$e_g$分裂，电荷转移能为3.6 eV.根据这些描述符，随着比较Nd $_2$ CuO $_4$，我们因此表明单层T '-型镍酸盐这一类非常有前途的类似物的铜酸盐的物理，同时保持独特的镍$^{1+}$功能。
2021-06-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
An electronic origin of charge order in infinite-layer nickelates
本研究通过第一性原理计算揭示了无限层镍酸盐中由电荷转移驱动的电荷序机制，指出其源于Ni-$d$轨道Hubbard相互作用与电荷转移能的竞争，形成稳定的条纹态，突出了其多带关联特性。
2023-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Layer-dependent magnetic property in a superconducting quintuple-layer nickelate La6Ni5O12
本文通过第一性原理计算研究了超导五层镍酸盐 La6Ni5O12 的磁性，发现其磁耦合因萤石层本征空穴掺杂而减弱，且呈现显著层依赖性，最外层 NiO2 层约相当于无限层材料 20% 化学掺杂。
2024-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Effect of charge doping on the electronic structure, orbital polarization, and structural distortion in nickelate superlattice
采用第一性原理密度泛函理论计算，研究了LaNiO $_3$ /SrTiO $_3$超晶格中电荷掺杂的影响.基于两种不同的掺杂模拟方法的详细分析清楚地表明，电子和结构性质以系统的方式变化，轨道极化（{ \it，即}）是一个系统的方式。两个Ni- $e_g$轨道的相对占据）随着掺杂电子数的增加而减小，并且Ni到顶端氧的距离增大。此外，NiO $_6$ /TiO $_6$八面体的旋转角强烈且系统地依赖于掺杂，使得角度$γ$逐渐减小，而$α$和$β$作为电子掺杂的函数而增加。进一步的分析表明，电子（空穴）掺杂可以起到类似的八面体旋转的压缩（拉伸）应变的作用。我们的研究结果不仅提供了一种通过电荷掺杂来控制轨道和结构性质的可能途径，而且为理解氧空位等各种掺杂情况下的实验提供了有用的信息。
2015-06-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Impact of Cation Stoichiometry on the Crystalline Structure and Superconductivity in Nickelates
近年来，镍酸盐无限层薄膜超导电性的发现为高温超导机制的研究提供了一个新的平台，引起了人们极大的兴趣。然而，超导性仅以薄膜形式出现，并且合成超导镍酸盐薄膜极具挑战性，限制了对该化合物的深入研究。在这里，我们探索的关键参数，在高品质的镍酸盐薄膜的分子束外延（MBE）生长。我们发现，化学计量比是至关重要的，在优化的晶体结构和实现超导电性的镍酸盐薄膜。在前驱体NdNiO3薄膜中，最佳化学计量比的阳离子产生最紧密的晶格，而非化学计量比的阳离子导致明显的晶格膨胀，影响随后的拓扑还原和无限层镍酸盐超导电性的出现。令人惊讶的是，原位反射高能电子衍射（RHEED）表明，一些杂质相总是出现一旦Sr离子掺杂到NdNiO 3中，虽然X射线衍射（XRD）数据是高质量的。虽然这些杂质相似乎并没有抑制超导性，但它们对电子和磁性结构的影响值得进一步研究。我们的工作证明和强调了超导镍酸盐家族中阳离子化学计量的重要性。
2021-06-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Sudden collapse of magnetic order in oxygen deficient nickelate films
氧空位在功能氧化物钙钛矿的电子、磁性、离子和输运性质的控制中起着至关重要的作用。稀土镍酸盐（RENiO $_{3-x}$）作为研究晶格、电子结构和有序磁性之间相互作用的丰富平台，已经出现多年。在这项研究中，我们调查的RENiO $_{3-x}$薄膜的电子和磁性结构的演变，使用X射线吸收光谱和成像，共振X射线散射，并扩展多重配体场论建模相结合。我们发现，氧空位修改电子配置内的Ni-O轨道流形，导致远程电子传输路径的戏剧性演变，尽管没有纳米级相分离。值得注意的是，磁性是强大的载流子掺杂的实质性水平，只有适度减弱的$(1/4, 1/4, 1/4)_{pc}$反铁磁序参量观察，而磁转变温度基本上是不变的。只有在某一点上，长程磁性才会突然消失，而没有伴随着结构转变。我们提出了渐进式中断的3D磁超交换路径引入点缺陷的机制背后的突然崩溃的磁秩序在缺氧的镍酸盐。我们的工作表明，不同于大多数其他氧化物，RENiO $_{3-x}$中的有序磁性对载流子掺杂大多不敏感。有序磁性的突然崩溃后，氧去除可能提供一个新的机制，固态磁离子开关和反铁磁自旋电子学的新应用。
2020-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dimensionality-controlled evolution of charge-transfer energy in digital nickelates superlattices
从根本上理解和控制稀土镍酸盐的电子结构演化是一个有趣而有意义的问题，也有助于理解最近发现的超导电性机制。本文通过输运谱和软X射线吸收谱系统地研究了高质量（NdNiO_3）_m/（SrTiO_3）_1超晶格中的维数效应对基态电子态的影响。金属-绝缘体转变温度随NdNiO 3片层厚度的减小而降低，然后随m的减小而逐渐升高。光谱证据表明，绝缘相的稳定可以归因于O 2 p和Ni 3d带之间的电荷转移能量的增加。随着NdNiO_3片厚的减小，Ni L_3边的多重态特征明显增强，表明尺寸限制下电荷不成比例态的增强。我们的工作提供了令人信服的证据，维数是一个有效的旋钮，以调节电荷转移能量，从而集体基态在镍酸盐。
2022-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Experimental verification of orbital engineering at the atomic scale: charge transfer and symmetry breaking in nickelate heterostructures
外延应变、层限制和反转对称破缺是控制复杂金属氧化物电子和原子尺度结构性质的有力新方法。镍酸盐异质结构，基于RENiO $_3$，其中RE是三价稀土阳离子，已被证明是相关的模型系统，因为轨道占有率，简并，因此，电子/磁性可以改变作为外延应变，层厚度和超晶格结构的函数。一个这样的最近的例子是三组分LaTiO $_3$-LaNiO $_3$ -LaAlO $_3$超晶格，其由于其界面偶极电场而表现出电荷转移和轨道极化。对未来的电子和磁性器件应用这些参数的控制的关键一步是开发的八面体网络的界面应变和电场的响应的幅度和范围的理解。因此，需要一种方法，提供原子尺度的分辨率和灵敏度对当地的八面体扭曲和轨道占用。在这里，我们采用原子分辨率成像加上电子光谱和第一性原理理论，研究界面电荷转移和对称性破缺的三组分镍酸盐超晶格系统中的作用。我们发现，几乎完全的电荷转移之间发生的LaTiO $_3$和LaNiO $_3$层，导致在Ni $^{2+}$价态。我们进一步证明，这种电荷转移是高度本地化的范围内的LaNiO $_3$层的约1个单位电池。这里提出的结果提供了重要的反馈，旨在稳定新的电子相，是无法通过传统的散装或外延膜的方法合成的努力。
2016-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Heteroanionic Stabilization of Ni$^{1+}$ with Nonplanar Coordination in Layered Nickelates
本研究通过电子结构计算设计两种杂阴离子 La$_2$NiO$_3$F 多形体，稳定非平面配位 Ni$^{1+}$，揭示其类铜酸盐单带特征，并提出合成反应、掺杂策略及新型层状氧氟化物。
2023-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Phase Diagram of Infinite-layer Nickelate Compounds from First- and Second-principles Calculations
无限层的稀土镍酸盐（RNiO 2）的基本性质进行了仔细的重新审视，并与那些CaCuO 2和RNiO 3钙钛矿进行比较。结合第一原理和有限温度第二原理计算，我们强调，散装NdNiO 2化合物是远远不等同于CaCuO 2，一起在结构，电子和磁性水平。在结构上，它被证明是易于自旋-声子耦合诱导的氧正方形旋转运动，这可能是负责有趣的电阻率上升。在电子和磁性水平上，我们指出了具有强面外带色散的轨道选择性Mott局域化，这将导致各向同性的上临界场和具有面内局域矩和面外巡游矩的弱三维磁相互作用.我们进一步证明，在RNiO 3钙钛矿，氧旋转运动和稀土离子控制的电子和磁性可以引起RNiO 2化合物的丰富的相图和各种吸引人的性能的高可调性。与此相一致，我们揭示了高Tc超导体的关键成分，如轨道极化，费米表面，反铁磁相互作用，可以故意控制在NdNiO 2通过外延应变。利用应变轨道工程，可以建立从三维到二维的磁转变的交叉，使NdNiO 2薄膜成为高Tc铜酸盐的真正类似物。
2022-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Dynamics of Vibrational Symmetry Breaking in a Charge-ordered Nickelate
在自然时间尺度上探测对称性破缺跃迁的能力是非平衡物理学的关键挑战之一。条纹有序代表了一种有趣的对称性破缺类型，其中复杂的相互作用导致原子尺度的电荷和自旋密度线。虽然声子异常和周期性畸变证明了电子-声子耦合在条纹相位形成中的重要性，但缺乏振动对称性破缺的直接时域视图。我们报告的实验，跟踪模型条纹化合物La $_{1.75}$ Sr $_{0.25}$ NiO $_{4}$的瞬态多太赫兹响应，产生新的洞察其电子和结构动力学超快光淬灭。我们发现，虽然电子载流子立即离域，晶体的对称性仍然最初冻结-作为见证的延迟抑制区折叠镍-O弯曲模式作为一个指纹的晶格对称性。纵向和横向振动以不同的速度反应，表明极相互作用的重要作用和强烈的方向性。在条纹熔化和形成过程中隐藏的电子和结构耦合的复杂性，在这里捕获在一个单一的太赫兹光谱，开辟了新的途径来理解对称性破缺动力学在固体。
2017-11-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Proton distribution visualization in perovskite nickelate devices utilizing nanofocused X-rays
我们使用30 nm的X射线束来研究掺杂有质子的SmNiO $_3$基纳米器件的空间分辨特性。通过密度泛函理论（DFT）模拟得到的X射线吸收谱表明，在高质子浓度区，Ni的价态发生了部分还原，从而导致了绝缘行为.同时，X-射线衍射显示，只有一个小的晶格畸变的掺杂区。总之，我们的结果直接表明，质子掺杂修改的旋钮是电子价，而不是晶格。这些研究是相关的正在进行的努力，解开结构和电子效应在相关氧化物的金属-绝缘体相变。
2021-08-14 cond-mat.mtrl-sci
