Synthesis of thin film infinite-layer nickelates by atomic hydrogen reduction: clarifying the role of the capping layer
本文提出利用分子束外延结合原子氢还原合成无限层镍酸盐薄膜的集成工艺，发现所得薄膜结构优异且电阻率更低，并揭示了SrTiO3覆盖层在防止表面二次相形成中的关键作用。
2024-01-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Role of topotactic hydrogen in Superconductivity of Infinite-layer Nickelate NdNiO$_{2}$: A first-principles and variational Monte Carlo study
本文结合第一性原理与变分蒙特卡洛方法研究 NdNiO$_2$ 中拓扑氢的作用，发现氢改变间隙轨道 Wannier 函数并抑制 $k_z=\pi$ 电子口袋，同时增强间隙轨道主导的超导穹顶。
2025-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Charge density waves in infinite-layer NdNiO$_2$ nickelates
在材料科学中，自从三十多年前铜氧化物超导体被发现以来，人们一直致力于在类似于铜氧化物超导体的化学成分中再现超导性。这种方法最近成功地实现了无限层镍酸盐的超导性。虽然与铜酸盐在电子和磁性上不同，但强烈的库仑相互作用表明无限层镍酸盐倾向于填充铜酸盐的各种破坏秩序。本文报道了用Ni-$L_3$共振X射线散射在无限层NdNiO $_2$薄膜中观察到的电荷密度波。值得注意的是，CDW形成在Nd 5 $d$和Ni 3 $d$轨道在相同的公度波矢$(0.333, 0)\;r.l.u.$，具有不可忽略的面外依赖性，和一个面内相关长度高达$\sim$ 60埃。光谱研究表明，CDW与Nd5 $d$-Ni3 $d$轨道杂化有很强的联系.当Sr掺杂量为20%时，进入超导态后，CDW消失.我们的工作证明了在无限层镍酸盐中存在CDW，其多轨道特性不同于铜酸盐，这建立了它们的低能物理。
2022-09-16 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Formation of 2D single-component correlated electron system and band engineering in the nickelate superconductor NdNiO2
受最近在无限层镍酸盐Nd0.8Sr0.2NiO2中超导性的实验发现的启发[Li等人，Nature 572，624（2019）]，我们研究了NiO 2层中的相关Ni 3dx 2-y2电子如何与Nd层中的电子相互作用。我们发现，三个轨道是必要的，以代表费米能级周围的电子结构：Ni 3dx 2-y2，Nd 5d3 z2-r2，和一个键合轨道由Nd层中的间隙s轨道和Nd 5dxy轨道。通过对这些态的三轨道模型的研究，发现Ni 3dx 2-y2态与Nd层中的态之间的杂化很小。我们还发现，Nd层的金属屏蔽作用并不十分有效，它仅使Ni 3dx ~（2-y）~ 2电子之间的Hubbard U降低了10- 20%。另一方面，电子-声子耦合不足以介导Tc ~ 10 K的超导电性。这些结果表明，NdNiO 2主机几乎孤立的相关3dx 2-y2轨道系统。我们进一步研究了在Mott-Hubbard体系中实现更理想的单轨道系统的可能性。我们发现，当填隙s态与Nd 5dxy态的杂化变小时，Nd层态形成的费米口袋急剧缩小。通过大量的材料搜索，我们发现在NaNd_2NiO_4和NaCa_2NiO_3中费米口袋几乎消失。
2019-11-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Charge and magnetic orders in a two-band model with long-range interactions for infinite-layer nickelates NdNiO$_2$
本研究构建了无限层镍酸盐NdNiO$_2$的有效两带模型，结合变分团簇方法与平均场理论分析其电荷与磁序特征，揭示了带间耦合弱、磁序受量子涨落抑制等关键性质。
2025-05-20 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Correlated interface electron gas in infinite-layer nickelate versus cuprate films on SrTiO$_3$(001)
基于包含库仑排斥项的第一性原理计算，我们确定了$A$ NiO $_2$ /SrTiO $_3$（001）（$A=$ Pr，La）和$A$ CuO $_2$ /SrTiO $_3$（001）（$A=$ Ca，Sr）的电子重构趋势.所有情况的共同之处是在SrTiO $_3$（001）中出现准二维电子气（q2 DEG），尽管镍酸盐与铜酸盐相对于非极性SrTiO $_3(001)$衬底的界面处的较高极性失配（${3+}/0$与${2+}/0$）导致q2 DEG载流子密度增强。模拟结果表明，界面Ti $3d_{xy}$带弯曲对镍酸盐薄膜中的稀土离子有显著的依赖性，PrNiO $_2$和NdNiO $_2$的$20$ - $30\%$大于LaNiO $_2$。相反的预期，从正式的极性不匹配，在薄膜中的静电掺杂是两倍强的铜酸盐镍酸盐。我们表明，耗尽的自掺杂稀土$5d$状态提高了镍酸盐和铜酸盐费米表面的薄膜几何形状的相似性，反映了一个单一的空穴在Ni和Cu $3d_{x^2-y^2}$轨道。最后，我们表明，NdNiO $_2$薄膜上生长的极性NdGaO $_3(001)$衬底的功能，同时抑制q2 DEG的形成以及Nd~ $5d$自掺杂。
2021-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Fundamental difference in the electronic reconstruction of infinite-layer vs. perovskite neodymium nickelate films on SrTiO$_3$(001)
受最近SrTiO $_3$（001）上Sr掺杂NdNiO $_2$薄膜超导性的报道[Nature（London）572，624（2019）]的启发，我们通过执行包括库仑排斥项的第一性原理计算，探索极性界面对NdNiO $_n$ /SrTiO $_3$（001）（$n=2,3$）的结构和电子性质的作用。对于无限层镍酸盐薄膜（$n=2$），电子重构驱动了令人惊讶的二维电子气（2DEG）在界面处的出现，涉及强占领的Ti $3d$状态。这种效应比LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$（001）中更显著，并伴随着费米表面的实质性重构：自掺杂Nd $5d$态的耗尽和在表面处达到$35\%$的增强的Ni $e_g$轨道极化，反映出$3d_{x^2-y^2}$态中的单个空穴，即，类似铜的行为。相比之下，对于钙钛矿膜（$n=3$）或如果在界面处存在单个钙钛矿层，则没有2DEG形成。我们发现，从钙钛矿到无限层相的拓扑反应仅限于镍酸盐膜，而SrTiO $_3$衬底保持完整。
2020-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Magnetism in doped infinite-layer NdNiO2 studied by combined density functional theory and dynamical mean-field theory
最近在无限层镍酸盐中观察到的超导电性引起了对基于铜酸盐的非常规超导电性的现有知识的激烈争论。尽管有许多相似之处，镍酸盐在许多特性上与铜酸盐不同，其中最显着的是磁性。一般认为超导性是由掺杂引起的，而未掺杂的铜酸盐是典型的反铁磁莫特绝缘体，在实验中未掺杂的镍酸盐没有显示出磁有序的迹象。通过结合密度泛函理论、动力学平均场论和模型研究，我们发现虽然镍酸盐中$p$轨道和Cu/$d$轨道（$Δ_{dp}$）之间能量分裂的增加导致了更大的磁矩，但也导致了更强的反铁磁/铁磁竞争，以及更弱的磁交换耦合.同时，Nd- $d$轨道引起的自掺杂效应对Ni的磁矩起屏蔽作用。$Δ_{dp}$的Janus面效应和自掺杂效应一起给出了镍酸盐磁性行为的系统理解，并解释了最近的实验观察。
2022-07-11 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Influence of $f$ Electrons on the Electronic Band Structure of Rare-Earth Nickelates
最近，在空穴掺杂的镍酸盐NdNiO $_{2}$的无限层中发现了超导电性。与此相反，LaNiO $_{2}$中的超导性仍在争论中。这表明$f$电子对无限层镍酸盐的电子结构和配对机制起着至关重要的作用。在这里，我们讨论的作用，电子相关性的$f$的电子状态和它们对电子结构的影响。我们表明，晶格参数与实验值吻合良好，独立于DFT+ $U$方法中所选择的参数。增加库仑相互作用$U$倾向于使$f$态远离费米能级。令人惊讶的是，独立的位置$f$状态相对于费米能量，这些状态中发挥重要作用的电子能带结构，这可以反映在修改的NdNiO $_{2}$有效模型。
2023-02-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Comparative Many-Body Study of Pr$_4$Ni$_3$O$_8$ and NdNiO$_2$
在密度泛函加动力学平均场理论的框架下，我们研究了化学计量和电子掺杂的三层镍酸盐Pr $_4$ Ni $_3$ O $_8$与化学计量和空穴掺杂的无限层镍酸盐NdNiO $_2$的多体电子结构，注意，Pr $_4$ Ni $_3$ O $_8$具有与掺杂到1/3空穴/Ni的水平的NdNiO $_2$相同的标称载流子浓度。我们发现，这两个低价镍酸盐的相关Ni-$3d$壳层具有相似的多体构型，相关性主要由$d_{x^2-y^2}$轨道决定。此外，当在相同的标称载流子浓度下进行比较时，材料表现出相似的多体电子结构、自能和相关强度。与铜酸盐相比，这些材料更接近Mott-Hubbard制度，因为它们具有更大的电荷转移能量。此外，掺杂涉及由稀土$5d$电子提供的电荷库，而不是通过氧$2p$电子实现的铜酸盐。
2020-12-22 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Magnetic exchange coupling in cuprate-analog $d^9$ nickelates
受掺杂NdNiO $_2$超导电性发现的启发，我们从第一性原理出发研究了层状$d^9$镍酸盐中的磁交换作用$J$。高$T_{\rm c}$铜酸盐的母体化合物在Zaanen-Sawatzky-Allen图中属于电荷转移区，并且具有大于100 meV的$J$。虽然该特征使得铜酸盐与其它过渡金属氧化物非常不同，但是层状$d^9$镍酸盐是否也可以具有如此大的$J$是非常令人感兴趣的。然而，一个复杂性在于，由于来自阻挡层的载流子掺杂，NdNiO $_2$不是Mott绝缘体。为了在同等基础上比较铜酸盐和$d^9$镍酸盐，我们研究了RbCa $_2$ NiO $_3$和$A_{2}$ NiO $_{2}$ Br $_2$（$A$：一种价态为$2.5+$的阳离子），它们是最近通过块层工程理论设计的。这些镍酸盐没有自掺杂效应，属于Mott-Hubbard机制。我们发现，这些镍酸盐有一个共同的线程与高- $T_{\rm c}$铜酸盐，因为它们也有一个显着的交换相互作用$J$大约100毫电子伏。
2020-10-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
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
Doping-dependent character and possible magnetic ordering of NdNiO$_2$
这种新型的无限层型镍酸盐超导体在掺杂的正常态相图中具有挑战性的电子特性。纠缠的$\{$ Ni- $d_{z^2}$，Ni- $d_{x^2-y^2}$ $\}$轨道扇区的独特的多体行为和不同的色散区域产生了高度丰富的物理，这里针对NdNiO $_2$系统的情况进行了研究。基于先进的现实动态平均场论的分析揭示了超导空穴掺杂区是欠掺杂侧的（自）掺杂莫特绝缘体和过掺杂侧的坏Hund金属的交汇处。Ni- $d_{z^2}$平带的费米能级交叉将这两个区域联系在一起，形成了非常规超导的奇异领域。此外，我们阐明了难以捉摸的磁性在无限层镍酸盐的有趣的问题。反铁磁（AFM）秩序与小Ni矩被证明是一个重要的竞争者在低温下。在化学计量比，C-AFM顺序与铁磁自旋沿$c$轴对齐的好处，从一个可以想象的共存与近藤（晶格）屏蔽。
2021-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Superconductivity in Infinite-layer Nickelates : Role of Non-zero f-ness
采用第一性原理密度泛函理论计算和Wannierization的低能带结构，我们分析了未掺杂的，无限层的镍酸盐化合物，NdNiO $_2$，PrNiO $_2$和LaNiO $_2$的电子结构。我们的研究揭示了Nd和Pr原子的非零$f$性的重要作用，而不是La的$f^{0}$占据。非零的$f$性在降低稀土5 $d$杂化轴向轨道的能量方面变得有效，从而增强电子袋并影响费米表面拓扑。NdNiO $_2$和PrNiO $_2$的费米面拓扑结构惊人地相似，而LaNiO $_2$的费米面拓扑结构不同。这种差异显示在计算掺杂依赖的超导性质的三种化合物内的弱耦合理论。我们发现NdNiO $_2$和PrNiO $_2$的两个能隙超导性，和LaNiO $_2$的单能隙超导性的可能性，与Nd或Pr化合物相比，超导电性的强度几乎被抑制了两倍。
2020-10-06 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Effects of Sr-doping on the electronic and spin-state properties of infinite-layer nickelates
最近在Sr掺杂的NdNiO $_2$中发现的高T $_{c}$超导（HTS）引起了人们对研究镍酸盐作为铜酸盐对应物的新兴趣。母体铜氧化物[Cu $^{2+}$：d $^9$ ]是反铁磁电荷转移绝缘体，在费米能级附近有一个单一的d $_{x^2-y^2}$带，并有强的$p-d$杂化。相比之下，等电子NdNiO $_2$ [Ni $^+$：d $^9$ ]是金属的，具有由Nd-d态自掺杂的d $_{x^2-y^2}$带。利用第一性原理计算，我们研究了Sr掺杂对无限层镍酸盐电子和磁性的影响以及空穴的性质。我们发现，空穴掺杂倾向于使材料更像铜酸盐，因为它使自掺杂效应最小化，它增强了$p-d$杂化，并且它产生低自旋（S=0，非磁性）Ni $^{2+}$掺杂剂，类似于出现在铜酸盐中的S=0 Zhang-Rice单线态。
2020-08-05 cond-mat.supr-con
Electron microscopy and spectroscopy investigation of atomic, electronic, and phonon structures of NdNiO2/SrTiO3 interface
本研究利用STEM-EELS技术探究NdNiO2/SrTiO3界面，发现Sr扩散导致p型界面及声子红移，揭示元素互混和外延应变是影响电子与声子态的关键，为无限层镍酸盐超导机制研究奠定基础。
2025-01-22 cond-mat.supr-con
Absence of $3a_0$ Charge Density Wave Order in the Infinite Layer Nickelates
通过对 NdNiO$_{2+x}$ 系列样品的 X 射线散射与光谱研究，论文证明所谓 $3a_0$ 电荷密度波序信号来自含氧杂质相，而非完全还原的 NdNiO$_2$，揭示镍酸盐与铜酸盐相图的重要差异。
2023-07-12 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Incommensurate Magnetic Order in Hole-Doped Infinite-layer Nickelate Superconductors
磁性和超导性紧密纠缠在一起，阐明镍酸盐超导体中的磁相互作用是理解配对机制的核心。我们的第一性原理和自旋波理论计算强调，NdNiO $_2$是在准二维（2D）反铁磁（AFM）状态和三维（3D）C-AFM状态之间的过渡附近。这两种状态都可以准确地再现实验测量的磁激发光谱，这是以前解释的二维模型。我们进一步揭示了空穴掺杂稳定了一个无公度（IC）自旋态，并且IC波矢不断增加。空穴掺杂、磁化强度、交换常数和磁有序之间的直接联系被建立，揭示了第一近邻和第三近邻面内磁相互作用之间的竞争是IC磁有序的关键。
2022-10-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Orbital Selective Superconductivity in a Two-band Model of Infinite-Layer Nickelates
在本研究中，我们探索超导性NdNiO $_2$和LaNiO $_2$采用第一性原理推导的低能模型哈密顿量，由两个轨道：Ni $x^{2}$ - $y^{2}$，和一个{ \it轴向}轨道。{ \it轴向}轨道由Nd/La $d$、Ni 3 $z^{2}$ - $r^{2}$和Ni $s$特征构成。对自旋涨落介导的对相互作用的超导配对对称性和配对本征值的计算强调了轨道间Hubbard相互作用在超导性中的关键作用，它是轨道选择性的。轴向轨道在问题中带来材料依赖性，使得NdNiO $_2$不同于LaNiO $_2$，从而控制轨道间哈伯德相互作用辅助的超导电性。
2020-05-04 cond-mat.supr-con quant-ph
Electronic structure of rare-earth infinite-layer ReNiO2 (Re=La, Nd)
无限层状镍酸盐超导体的发现标志着超导领域的新纪元。在稀土镍酸盐ReNiO_2中，虽然Ni也是d_9电子构型，类似于铜酸盐中Cu的d_9电子构型，但无限层镍酸盐的电子结构是否与铜酸盐相同，是否也具有单能带特征，仍是一个悬而未决的问题。为了说明稀土无限层镍酸盐的电子结构，我们进行了第一性原理计算LaNiO 2和NdNiO 2化合物，并与CaCuO 2的混合泛函方法结合Wannier投影和群对称性分析进行比较。结果表明，LaNiO_2中的Ni-dx ~（2-y）~ 2轨道与其它轨道的杂化较弱，表现出典型的单带特征;而NdNiO_2中的Nd-f轨道与Ni-dx ~（2-y）~ 2轨道杂化，对输运甚至高温超导性都是不可忽视的成分。考虑到铜酸盐中Cu-dx 2-y2与O-2 p的强杂化，计算得到的镍酸盐的能带结构包含了一些新的能带特征，值得进一步研究。
2019-09-30 cond-mat.supr-con
Electronic correlations and magnetic interactions in infinite-layer NdNiO$_2$
在母体高$T_{\rm c}$铜氧化物超导体中，大的反铁磁交换耦合被认为在超导载流子配对中起着至关重要的作用。最近在空穴掺杂的无限层（IL-）NdNiO $_2$中对超导性的观察突出了高$T_{\rm c}$超导体中磁耦合的相关性，特别是因为在未掺杂的IL-NdNiO $_2$中没有观察到与母体铜氧化物不同的磁有序。在这里，我们调查的电子结构和磁交换的IL-NdNiO $_2$的性质，使用最先进的多体量子化学方法。从一个系统的比较的电子和磁性与同构的铜酸盐IL-CaCuO $_2$，我们发现，现场动力学相关性是显着更强的IL-NdNiO $_2$相比，铜酸盐类似物。这些动力学相关性在磁交换中起着关键作用，导致在$ab$平面内的Ni $^{1+}$离子之间的77 meV的意外大的反铁磁最近邻各向同性$J$。虽然我们发现镍酸盐和铜酸盐之间的电子结构有许多相似之处，但电子相关性的作用在两者中有很大的不同。我们进一步讨论了我们的研究结果在理解镍酸盐超导起源的影响。
2020-12-21 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con physics.comp-ph
Theoretical investigation of superconductivity in trilayer square-planar nickelates
Sr掺杂的NdNiO $_{2}$超导性的发现是对具有与铜酸盐类似的电子和磁性的氧化镍材料的长期追求的关键突破。NdNiO $_2$是一种具有一般化学式R $_{n+1}$ Ni $_n$ O $_{2n+2}$（R = La，Pr，Nd，$n= 2, 3, ... \infty$）的正方形平面镍酸盐家族的无限层成员。在这封信中，我们调查的三层成员的超导电性，这一系列（R $_4$ Ni $_3$ O $_8$）使用第一性原理和$t-J$模型计算相结合。RPDMATHABMS Ni $_3$ O $_8$化合物比RNiO $_2$材料更类似于铜酸盐，因为只有Ni- $d_{x^{2}-y^{2}}$带穿过费米能级，它们表现出大大降低的电荷转移能量，因此超交换相互作用显著增强。我们发现，掺杂R-$_4$-Ni-$_3$-O-$_8$化合物的超导不稳定性比掺杂Sr-$_{0.2}$-Nd-$_{0.8}$-Ni-O-$_2$化合物的超导不稳定性强得多，其最大禁带宽度约为掺杂Sr-$_{0.2}$-Nd-$_{0.8}$-Ni-$_2$化合物的四倍。
2020-03-20 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Charge and spin order dichotomy in NdNiO$_2$ driven by SrTiO$_3$ capping layer
无限层镍酸盐的超导电性与铜酸盐的超导电性具有令人兴奋的相似之处，它们具有相似的结构和$3d$电子数。利用共振非弹性X射线散射（RIXS）研究了Nd $_{1-x}$ Sr $_{x}$ NiO $_2$薄膜中的电子和磁激发以及电荷密度相关性。我们观察到分散磁振子仅在加盖的样品中，在更高的掺杂逐渐减弱。此外，我们还在未封端的$x=0$化合物中检测到一个波矢为（1/3，0）的弹性共振散射峰，与空穴掺杂铜氧化物中的电荷有序信号完全不同。该峰在$x=0.05$处减弱，在超导$x=0.20$膜中消失。未封端的样品还呈现出较高程度的Ni $3d$ -Nd $5d$杂化和相对于封端的样品较小的Ni $3d$占据的各向异性。盖帽的作用，可能的氢掺入或其他机制负责电子重建远离界面仍有待了解。
2021-12-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Electronic structure and magnetic properties of higher-order layered nickelates: La$_{n+1}$Ni$_{n}$O$_{2n+2}$ ($n=4-6$)
最近在Sr掺杂的NdNiO $_2$中发现了超导性，其临界温度为$10-15$ K，这表明了新的镍基高温超导体（HTS）家族的可能性。NdNiO $_{2}$是一系列层状镍酸盐的$n=\infty$成员，化学式为R $_{n+1}$ Ni $_{n}$ O $_{2n+2}$（R $=$ La，Nd，Pr; $n = 2, 3, \dots, \infty$）。$n=3$成员已被实验和理论证明是铜样和一个有前途的高温超导候选人，如果电子掺杂可以实现。该系列的高阶$n=4,5,$和$6$成员直接落入填充的铜氧化物圆顶区域而不需要掺杂，从而使它们成为有前途的研究材料，但尚未合成。在这里，我们进行第一性原理计算的假设$n=4,5,$和$6$结构，研究它们的电子和磁性，并比较它们与已知的$n=\infty$和$n=3$材料。从我们的计算中，我们发现层状镍酸盐的类铜特征从$n=\infty$成员到$n=3$成员随着电荷转移能和费米能级附近的R-$d$带引起的自掺杂效应逐渐减小而增加。
2021-09-13 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Similarities and differences between infinite-layer nickelates and cuprates and implications for superconductivity
根据最近发现的Sr掺杂NdNiO $_2$的超导电性，我们重新研究了无限层RNiO $_2$（R= La，Nd）的电子结构。从比较他们的铜酸盐对应物CaCuO $_2$，我们得到的基本事实有关的电子结构，特别是各种跳跃参数和能量分裂的值，以及间隔阳离子的影响。从这个详细的比较中，我们评论了关于超导性的期望。特别是，这两种材料都表现出较大的长程跳跃与近邻跳跃的比率，这应该有利于超导性。
2020-02-04 cond-mat.supr-con
Topotactic hydrogen in nickelate superconductors and akin infinite-layer oxides ABO2
超导镍酸盐似乎很难合成。由于ABO_3（A：稀土; B过渡金属）与CaH_2的化学还原可能同时产生ABO_2和ABO_2 H，我们用密度泛函理论（DFT）计算了拓扑定构H结合能。我们发现插层H是积极有利的LaNiO 2，但不是Sr掺杂的NdNiO 2。这对DFT+动力学平均场论所确定的电子结构产生了戏剧性的后果：3d 9 LaNiO 2类似于（掺杂）铜酸盐，3d 8 LaNiO 2 H是双轨道莫特绝缘体。因此，拓扑H可以解释为什么有些镍酸盐是超导的，而有些不是。
2020-04-26 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Late transition-metal oxides with infinite-layer structure: Nickelates versus cuprates
比较了无限层化合物NdNiO $_2$和SrCuO $_2$在化学计量比和有限空穴掺杂下的相关电子结构。关键的区别是阐明从先进的第一性原理多体的角度来看。与电荷转移绝缘铜酸盐相反，即使对于大的相互作用强度，自掺杂镍酸盐也保持非绝缘，尽管Ni- $d_{x^2-y^2}$光谱权重在该极限中也有缺口。Ni $(3d)$和Nd $(5d)$之间的杂化对于自掺杂带的出现是至关重要的。在实际的空穴掺杂后，Sr $_{1-y}$ CuO $_2$在低能量下显示出预期的混合氧-Cu- $d_{x^2-y^2}$（Zhang-Rice）态。在Nd $_{1-x}$ Sr $_x$ NiO $_2$的情况下，自掺杂带被转移到更高的能量和掺杂依赖的$d_{z^2}$ -与- $d_{x^2-y^2}$竞争镍被揭示。在无限层镍酸盐中缺乏显著的张-赖斯物理学，这可能与理解超导$T_{\rm c}$的显著差异有关。
2020-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Nature of the magnetic coupling in infinite-layer nickelates versus cuprates
基于第一性原理模拟，探究了无限层镍氧化物与铜氧化物中磁耦合的本质，发现镍氧化物在Sr掺杂或处理Nd $4f$ 电子时基态转变为C型AFM，揭示了其磁相互作用的独特性及在研究非常规超导中的平台价值。
2023-09-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Superconductivity in a quintuple-layer square-planar nickelate
自从在铜氧化物材料中发现高温超导性以来，人们一直在努力了解这一相的起源并发现新的铜氧化物类超导材料。一个主要的材料平台是稀土镍酸盐，最近在掺杂化合物Nd $_{0.8}$ Sr $_{0.2}$ NiO $_2$中发现了超导性。未掺杂的NdNiO $_2$属于一系列层状方形平面镍酸盐，化学式为Nd $_{n+1}$ Ni $_n$ O $_{2n+2}$，被称为“无限层”（$n = \infty$）镍酸盐。在这里，我们报告的五层（$n = 5$）这一系列的成员，钕$_6$镍$_5$ O $_{12}$，其中最佳的铜酸盐样电子填充（$d^{8.8}$）的合成是实现无化学掺杂。我们观察到超导转变开始于$\sim$ 13 K。电子结构计算，在串联的磁阻和光谱测量，表明钕$_6$镍$_5$ O $_{12}$之间的铜酸盐和无限层镍酸盐的行为。在设计一个独特的超导镍酸盐，我们确定的方形平面镍酸盐作为一个新的家庭的超导体，可以通过掺杂和维数调谐。
2021-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
A substantial hybridization between correlated Ni-d orbital and itinerant electrons in infinite-layer nickelates
在空穴掺杂的NdNiO 2中发现的非常规超导电性，类似于CaCuO 2，受到了极大的关注。然而，与CaCuO 2不同，RNiO 2（R = Nd，La）在稀土间隔层中具有巡游电子。以前的研究表明，Ni-dx 2-y2和稀土-d轨道之间的杂化非常弱，因此RNiO 2仍然是CaCuO 2的有前途的类似物。在这里，我们进行第一性原理计算表明，在RNiO 2中的Ni-dx 2-y2轨道和巡回电子之间的杂化比以前认为的要强得多。由于大的胞间跳跃，主要的杂化来自于稀土-s轨道而不是稀土-d轨道。由于这种杂化作用，巡游电子屏蔽了Ni的局域磁矩，提高了长程磁有序化的临界U_Ni。我们的工作表明，RNiO 2的电子结构是不同的CaCuO 2，这意味着所观察到的超导电性在无限层镍酸盐不出现从掺杂的莫特绝缘体。
2020-05-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Robust $d_{x^2-y^2}$-wave superconductivity of infinite-layer nickelates
受锶掺杂NdNiO $_2$超导电性研究的启发，我们从多个角度研究了该体系的超导不稳定性。从第一性原理计算开始，我们构建了两个不同的紧束缚模型，一个更简单的单轨道模型以及一个三轨道模型，这两个模型都捕捉到了不同程度的准确度的关键低能自由度。我们使用无规相位近似（RPA）研究了这两种模型中的超导性。然后，我们分析的问题，在较强的耦合，并研究在相关的t-J模型极限的主导配对不稳定性。在所有情况下，主要的配对趋势是在$d_{x^2-y^2}$通道中，类似于铜酸盐超导体。
2020-04-28 cond-mat.supr-con
Low Valence Nickelates: Launching the Nickel Age of Superconductivity
薄膜超导电性的发现（$\sim$ 10 nm）的无限层空穴掺杂NdNiO $_2$扩展了高温超导研究领域，重新引发了关于与铜酸盐同构的镍酸盐是（1）高温超导体的姐妹，或（2）镍和铜在等带填充时的差异应是关注的焦点。每一种观点都有其优点，也都有其局限性，这表明，这种简单的图景必须被两个阶级的更全面的比较所取代。最近的几项研究已经开始了这种概括，提出了一些问题，但没有提出任何共识。在本文中，我们组织的$n$ -层状NiO $_2$材料（$n$ = 1到$\infty$）的电子结构的结果，以概述（IR）谱，并与铜酸盐进行比较，希望未来的研究的重要方向将出现。
2022-02-11 cond-mat.supr-con
Universal orbital and magnetic structures in infinite-layer nickelates
Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福材料能源科学研究所，SLAC国家加速器实验室）；Department of Physics, Stanford University（斯坦福大学物理系）；School of Applied and Engineering Physics, Cornell University（康奈尔大学应用工程物理学院）；Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Technology, Cornell University（康奈尔大学纳米技术卡弗里研究所）；Diamond Light Source（钻石光源）；Department of Materials Science and Engineering, Stanford University（斯坦福大学材料科学与工程系）
本研究通过RIXS对比三种无限层镍酸盐薄膜，发现其轨道构型和磁性结构具有普适性，但电荷有序仅存在于LaNiO2中，引发对其起源的探讨。
2023-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Hydrogen is not necessary for superconductivity in topotactically reduced nickelates
本研究利用二次离子质谱和理论计算考察多种超导与非超导镍酸盐薄膜，证明其中不存在显著氢掺入且掺氢在能量上不利，从而说明氢并非层状方形平面镍酸盐超导的必要条件。
2024-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Impacts of f-d Kondo cloud on superconductivity of nickelates
超导镍酸盐的发现重新点燃了阐明同构铜酸盐中高- $T_{\textrm{c}}$超导机制的希望。铜酸盐的超导能隙只在准二维费米面的一个单带处打开，而镍酸盐具有多带的三维电子结构。这就提出了一个关于二维性质对高$T_{\textrm{c}}$超导性的作用的严肃问题。本文采用动力学平均场论结合GW方法，研究了低温下Nd-4 $f$和Ni-3 $d$电子的强关联驱动的近藤效应。近藤效应改变了费米面的拓扑结构，导致了三维多带性质。值得注意的是，近藤效应很容易被晶格调制破坏，导致准二维性质。我们的研究结果清楚地解释了NdNiO $_{2}$块体和薄膜之间的超导性和不同的电阻率行为的不一致的发生。
2022-08-07 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Induced magnetic two-dimensionality by hole doping in the superconducting infinite-layer nickelate Nd$_{1-x}$Sr$_x$NiO$_2$
为了理解最近在Nd $_{0.8}$ Sr $_{0.2}$ NiO $_2$中发现的超导电性，我们进行了LDA+DMFT（局域密度近似加上动态平均场理论）和磁力响应的计算. Ni- $3d$轨道的在位相关导致电子结构的显著变化。计算得到的随温度变化的磁化率具有Curie-Weiss行为，表明其磁矩具有局域化特征。从自能的低频行为，我们得出结论，这种镍酸盐的未掺杂相是费米液体，相反的铜酸盐。有趣的是，通过准粒子权重的倒数估计的相关强度被发现增加，然后减少作为空穴浓度的函数，形成一个圆顶状。另一个发现是，这种材料中的磁相互作用通过空穴掺杂变成了二维的。当未掺杂的NdNiO $_2$具有较大的面外相互作用时，空穴掺杂强烈地抑制了面外相互作用，这种二维性在空穴浓度$δ\approx0.25$时最大。进一步的分析以及我们的研究结果的影响。
2020-02-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Thermoelectricity evidence for quantum criticality in clean infinite-layer nickelate films
本文通过测量不同清洁度无限层镍酸盐薄膜的塞贝克系数，发现清洁样品中 $S/T$ 的对数发散和磁电阻四重对称性破缺，证明其存在宽掺杂范围的量子临界性及短程反铁磁序，揭示了反铁磁自旋关联在超导配对中的关键作用。
2025-08-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Surfaces and interfaces of infinite-layer nickelates studied by dynamical mean-field theory
本研究通过动态平均场理论探讨了无限层镍酸盐的表面和界面电子结构，发现电子相关性可使表面层成为莫特绝缘体，并影响费米能级附近的电子口袋。
2025-11-25 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Paramagnetically driven superconducting re-entrance in Eu-doped infinite layer nickelates
University of Geneva（日内瓦大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；CNRS, Université Grenoble Alpes（法国国家科学研究中心，格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；ALBA Synchrotron Light Source（阿尔巴同步辐射光源）；TU Wien（维也纳工业大学）
研究发现Eu掺杂的无限层镍酸盐中，磁性离子的极化作用导致超导再进入现象，揭示了离子间竞争效应的平衡机制。
2026-01-27 cond-mat.supr-con
Self-doped Mott insulator for parent compounds of nickelate superconductors
我们提出了新发现的超导镍酸盐Nd $_{1-x}$ Sr $_{x}$ NiO $_{2}$的母体化合物作为自掺杂莫特绝缘体，其中低密度的$5d$传导电子耦合到局域Ni-3 $% d_{x^{2}-y^{2}}$电子，在低温下形成近藤自旋单线态。这个建议的动机与我们的分析报告的电阻率和霍尔系数的数据在正常状态下，显示在低温下的对数温度依赖性。在强Kondo耦合极限下，我们导出了一个广义的$t$ - $J$模型，其中Kondo单态和镍holon都在镍自旋为1/2的晶格中运动.反铁磁长程序因此被抑制，在实验中观察到。随着Sr掺杂，镍位置上的holon数量增加，从而产生超导性和类似于超导铜氧化物中的奇怪金属相。
2019-09-26 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Magnetic excitations in infinite-layer nickelates
在无限层镍酸盐中发现超导性使我们非常接近一种新的材料类别，它反映了铜酸盐超导体。在这里，我们报告在这些镍酸盐的磁激发，测量使用共振非弹性X射线散射（RIXS）在Ni L3边缘，阐明材料的复杂性和微观物理。未掺杂的NdNiO2拥有一个分支的色散激发与带宽约200毫电子伏，让人想起强耦合，反铁磁对齐自旋的正方形晶格，尽管缺乏证据的远程磁秩序。这些模式的显着阻尼表明耦合到稀土巡回电子的重要性。掺杂后，光谱权重和能量略有下降，而模式变得过阻尼。我们的研究结果突出了莫特内斯在无限层镍酸盐中的作用。
2021-05-24 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Non-Fermi-Liquid Transport Phenomena in Infinite-Layer Nickelates
本研究通过三维紧束缚模型和线性响应理论，揭示了无限层镍酸盐Nd₀·₈₅Sr₀·₁₅NiO₂中非费米液体输运行为的起源，发现其低温电阻率与自旋涨落相关，且具有负的T线性Seebeck系数。
2025-10-29 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
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
Observation of Josephson-like tunneling junction characteristics and positive magnetoresistance in Oxygen deficient Nickelate films of $Nd_{0.8}Sr_{0.2}NiO_{3-δ}$
由于在$Nd_{0.8}Sr_{0.2}NiO_2$（通过还原Sr掺杂的$NdNiO_3$膜获得）的无限层相中观察到的超导电性以及它们与铜酸盐高温超导体的相似性，镍酸盐膜最近引起了广泛的关注。在这里，我们报告的观察一种新型的运输贫氧$Nd_{0.8}Sr_{0.2}NiO_{3-δ}$电影。在高温下，观察到可变的范围跳跃，而在低温下，发现一种新的隧道行为，约瑟夫森类隧道结特性与串联电阻揭示。我们将这种现象归因于贫氧膜中晶粒的S表面之间通过绝缘（I）晶界的耦合，这产生了与晶粒本身的正常（N）电阻串联的SIS结。所观察到的电导谱与具有类约瑟夫森电流的隧道结特性的相似性是惊人的，似乎支持我们样品中超导性的存在。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Two-band model for magnetism and superconductivity in nickelates
最近在Nd $_{1-x}$ Sr $_x$ NiO $_2$中发现的超导电性为研究强关联非常规超导电性提供了新的机会。母体化合物NdNiO $_2$中的单孔Ni $^+$（$3d^9$）构型与铜酸盐中的Cu $^{2+}$类似。我们认为，掺杂后，Ni $^{2+}$的轨道内自旋单重态和轨道间自旋三重态双空穴（doublon）组态相互竞争，并通过同时包含$3d_{x^2-y^2}$和$3d_{xy}$ -轨道建立了一个双带Hubbard模型.在未掺杂的情况下的有效自旋轨道超交换模型是一个变种的$SU(4)$ Kugel-Khomskii模型增加了对称性破缺条款。掺杂后，自旋- $\frac{1}{2}$单空穴，自旋-1（三重态）的双分子，和单重态的双分子之间的有效交换相互作用的推导。根据$D_{4h}$晶体对称性对可能的超导配对对称性进行了分类，并分析了它们与超交换相互作用的关系。
2019-11-21 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Orbital character and photoemission signatures of the A-pocket in infinite-layer nickelates
Institute of Solid State Physics, TU Wien（维也纳工业大学固体物理研究所）；School of Physics, Northwest University（西北大学物理学院）
本研究通过DFT+DMFT计算和ARPES模拟，揭示无限层镍酸盐A-pocket的强杂化轨道本质，并强调光电子矩阵元对解释光谱特征的关键作用。
2026-09-21 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Towards reliable synthesis of superconducting infinite layer nickelate thin films by topochemical reduction
该研究通过两步拓扑化学还原近乎最佳化学计量比的母体钙钛矿相，实现了超导无限层镍酸盐薄膜的可靠合成，并发现连续还原可改善正常态电阻率的奇异金属行为。
2024-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A Disconnected Superconducting Regime at the Parent Limit of Infinite-Layer Nickelates
Fudan University（复旦大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
研究无限层镍酸盐超导态，通过异质结构工程等方法，发现无阳离子取代的PrNiO₂有本征超导性，新超导态局限于3%额外空穴掺杂内，与约20%二价掺杂超导穹顶分离且有更强上临界场各向异性，揭示其独特超导物理。
2026-07-21 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Epitaxial growth of Ruddlesden-Popper neodymium nickelates Nd$_{n+1}$Ni$_{n}$O$_{3n+1}$ (${n}$ = 1-5)
采用反应分子束外延技术制备了一系列Ruddlesden-Popper镍酸盐（Nd $_{n+1}$ Ni $_{n}$ O $_{3n+1}$（${n}$ = 1-5））的稳定薄膜。X射线衍射和扫描透射电子显微镜证实了高结晶质量。X射线光电子能谱学表明这些化合物中镍的${n}$依赖价态。金属-绝缘体转变显示出明显的${n}$依赖于中间成员（${n}$ = 3-5），其低温电阻率显示对数依赖性，类似于在超导无限层镍酸盐的母体化合物中观察到的Kondo散射。
2021-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Aspects of the Synthesis of Thin Film Superconducting Infinite-Layer Nickelates
最近在Nd $_{0.8}$ Sr $_{0.2}$ NiO $_{2}$中观察到的超导电性要求进一步研究和优化这种亚稳态无限层镍酸盐结构的合成。在这里，我们提出了我们目前的理解，通过脉冲激光沉积SrTiO $_{3}$（001）衬底上的母钙钛矿化合物的生长的重要方面，和随后的拓扑还原。我们发现，要实现单晶，单相超导Nd $_{0.8}$ Sr $_{0.2}$ NiO $_{2}$，它是必不可少的前体钙钛矿Nd $_{0.8}$ Sr $_{0.2}$ NiO $_{3}$薄膜是稳定的高结晶度和无杂质相，特别是，Ruddlesden-Popper型的第二相经常观察到。我们进一步研究了软化学拓扑异构还原条件的演变，以实现完全转变为无限层结构，而没有膜分解或形成其他相。我们发现，覆盖的镍酸盐膜与随后的SrTiO $_{3}$层提供了一个外延模板的镍酸盐膜的顶部区域，很像基板。因此，对于目前优化的生长条件，我们可以稳定超导单相Nd $_{0.8}$ Sr $_{0.2}$ NiO $_{2}$（001）外延薄膜高达~ 10 nm。
2020-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Unconventional superconductivity without doping: infinite-layer nickelates under pressure
本文利用动力学顶点近似研究压力对无限层镍氧化物Sr$_x$Pr$_ {1-x}$NiO$_2$超导性的影响，发现压力可提升临界温度，且无需Sr掺杂的母体化合物在高压下因自掺杂增强也能实现高达100 K的高温超导。
2023-11-10 cond-mat.supr-con
Origin of the density wave instability in trilayer nickelate La$_{4}$Ni$_{3}$O$_{10}$ revealed by optical and ultrafast spectroscopy
本研究通过光学光谱和超快反射率测量揭示三层镍酸盐La₄Ni₃O₁₀中密度波不稳定性的起源，发现其为中等电子关联材料，能隙特征强于双层镍酸盐，推进了对其密度波与超导机制的理解。
2025-02-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Electronic structure of the parent compound of superconducting infinite-layer nickelates
随着时间的推移，对具有类似于铜酸盐高Tc超导体的物理性质但基于替代过渡金属（例如镍）的氧化物材料的研究已经增长和发展。最近在掺杂的无限层镍酸盐RNiO 2（R =稀土元素）中发现的超导性进一步加强了这些努力。由于晶体结构类似于无限层铜酸盐-过渡金属氧化物层被稀土间隔层隔开-正式的价数计算表明，这些材料具有单价Ni 1+阳离子，其3d电子数与铜酸盐中的Cu 2+相同。在这里，我们使用X-射线光谱与密度泛函理论的音乐会表明，RNiO 2（R = La，Nd）的电子结构，而类似的铜酸盐，包括显着的区别。与在CuO 2平面之间具有绝缘间隔层的铜酸盐不同，无限层镍酸盐中的稀土间隔层支持弱相互作用的三维5d金属态。这种三维的金属态与准二维的，强相关的状态与3dx 2-y2对称性的NiO 2层杂交。因此，无限层镍酸盐可以被视为稀土金属间化合物的兄弟，以重费米子行为而闻名，其中NiO 2相关层扮演类似于稀土重费米子化合物中的4f状态的角色。这种独特的近藤或安德森晶格状的“氧化物金属间化合物”取代了莫特绝缘体，成为掺杂后出现超导性的参考状态。
2019-09-06 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Oxygen-driven altermagnetic symmetry inducing d-wave superconductivity in the cuprates and nickelates
本文提出铜氧化物和镍氧化物中CuO2/NiO2层的面内氧子晶格可内禀实现交变磁对称性，通过氧中心交错s波配对诱导具有C4对称性的d波超导能隙，并在NdNiO2中用第一性原理自洽验证。
2025-09-18 cond-mat.supr-con
