【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】最近，南京大學(xué)物理學(xué)院戴耀民、盧毅、聞?；⒑献髡n題組與中山大學(xué)王猛課題組合作，在鎳基超導(dǎo)研究中取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)采用偏振的紅外光譜技術(shù)結(jié)合第一性原理計(jì)算，發(fā)現(xiàn)了三層鎳氧化物L(fēng)a4Ni3O10電荷動(dòng)力學(xué)的高度各向異性并揭示了密度波能隙所影響的電子軌道，為理解Ruddlesden-Popper相鎳氧化物中電荷/自旋密度波的驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供重要線索。
 

　　隨著高壓下雙層La3Ni2O7和三層La4Ni3O10 Ruddlesden-Popper相(RP相)鎳氧化物中超導(dǎo)電性的發(fā)現(xiàn)，鎳基超導(dǎo)體的研究迅速成為當(dāng)前非常規(guī)超導(dǎo)研究領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)。La3Ni2O7和La4Ni3O10的塊狀樣品在常壓下不具有超導(dǎo)電性，但存在電荷/自旋密度波相變。隨著壓力的增大，密度波被壓制，超導(dǎo)電性出現(xiàn)。厘清RP相鎳氧化物的電荷動(dòng)力學(xué)行為以及密度波相變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，將為鎳基超導(dǎo)機(jī)理的深入研究奠定關(guān)鍵基礎(chǔ)。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)采用偏振的紅外光譜技術(shù)測(cè)量了La4Ni3O10在ab面和c軸方向的反射率譜(圖1a和1c)并轉(zhuǎn)換成為光電導(dǎo)譜(圖1b和1d)。發(fā)現(xiàn)該材料在ab面的光電導(dǎo)譜上存在顯著的Drude響應(yīng)，表現(xiàn)出金屬行為，而沿c軸方向的光電導(dǎo)譜不存在Drude響應(yīng)，由紅外活性的聲子主導(dǎo)，表明該材料在c方向?yàn)榘雽?dǎo)體。由光電導(dǎo)譜的零頻外推得到的c軸方向和ab面直流電阻率之比ρc/ρab在低溫下高達(dá)2870(圖1b插圖)，該值遠(yuǎn)超鐵基超導(dǎo)體中的相應(yīng)值而和銅氧化物超導(dǎo)體中的相應(yīng)值接近。La4Ni3O10光電導(dǎo)譜的帶間躍遷響應(yīng)也表現(xiàn)出明顯的各向異性(圖2a和2b)。結(jié)合第一性原理計(jì)算得到的軌道分辨的電子能帶結(jié)構(gòu)(圖2e)和動(dòng)量分辨的躍遷偶極矩(圖2f和2g)，發(fā)現(xiàn)光偏振平行于ab面時(shí)激發(fā)的帶間躍遷發(fā)生在Ni的dx2-y2軌道和dz2軌道之間，而光偏振平行于c軸時(shí)的帶間躍遷發(fā)生在Ni的dz2軌道之間。相較于理論計(jì)算結(jié)果(圖2c和2d)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的帶間躍遷峰位(圖2a和2b)均發(fā)生了不同程度的紅移，表明電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)具有軌道選擇性。進(jìn)一步對(duì)光電導(dǎo)譜重隨溫度的轉(zhuǎn)移進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在電荷/自旋密度波轉(zhuǎn)變時(shí)，ab面和c軸方向的光電導(dǎo)譜均發(fā)生譜重從低頻向高頻的轉(zhuǎn)移，與密度波能隙的光譜學(xué)特征一致。鑒于c軸方向的光電導(dǎo)譜主要由Ni的dz2軌道貢獻(xiàn)，進(jìn)一步說明密度波能隙的打開影響了Ni的dz2軌道，因此，Ni的dz2軌道可能對(duì)RP相鎳氧化物中密度波的形成起重要作用。
 

　　相關(guān)成果以“Highly Anisotropic Charge Dynamics and Spectral Weight Redistribution in the Trilayer Nickelate La4Ni3O10”為題發(fā)表于Physical Review Letters [Phys. Rev. Lett. 137, 076005 (2026)]。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、固體微結(jié)構(gòu)物理全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及人工微結(jié)構(gòu)科學(xué)與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心的支持。南京大學(xué)物理學(xué)院的博士生劉哲、李婕和中山大學(xué)博士生胡德遠(yuǎn)為該論文的共同第一作者，戴耀民教授、盧毅教授、王猛教授和聞?；⒔淌跒檎撐牡墓餐ㄓ嵶髡摺?br /> 

　　引用：物理學(xué)院戴耀民、盧毅、聞?；⑴c合作者揭示了三層鎳氧化物L(fēng)a4Ni3O10電荷動(dòng)力學(xué)的高度各向異性-南京大學(xué)