[論文レビュー] Is La3Ni2O6.5 a Bulk Superconducting Nickelate?

Ran Gao, Lun Jin+8 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2023

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、5% H2/Arガス中で制御された還元により合成された力学的に不安定なニッケル酸化物相La3Ni2O6.5におけるバルク超伝導の可能性を調査している。常圧および高圧下では超伝導が観察されなかったが、本研究では独自の構造的・電子的性質を有するNi²⁺ベースの相を分離し、Ni-327系における重要な知見を提供し、今後の酸素含有量チューニングによるニッケル酸化物の超伝導性探索を導く。

ABSTRACT

Superconducting states onsetting at moderately high temperatures have been observed in epitaxially-stabilized RENiO2-based thin films. However, recently it has also been reported that superconductivity at high temperatures is observed in bulk La3Ni2O7-δ at high pressure, opening further possibilities for study. Here we report the reduction profile of La3Ni2O7 in a stream of 5% H2/Ar gas and the isolation of the metastable intermediate phase La3Ni2O6.45, which is based on Ni2+. Although this reduced phase does not superconduct at ambient or high pressures, it offers insights into the Ni-327 system and encourages the future study of nickelates as a function of oxygen content.

研究の動機と目的

• La3Ni2O7から得られる力学的に不安定な相La3Ni2O6.5におけるバルク超伝導の存在を調査すること。
• 制御されたH2/Ar雰囲気下で形成される還元相の構造的および電子的性質を調査すること。
• ニッケル酸化物のNi-327ファミリーにおける酸素非化学计量比の役割を理解すること。
• 今後の酸素含有量依存のニッケル酸化物系における超伝導性に関する研究の基盤を提供すること。

提案手法

• La3Ni2O7を5% H2/Arガス流下で制御された熱還元により部分的な酸素除去を実現する。
• 中間相La3Ni2O6.45の合成と特性評価を行い、力学的に不安定であることが確認された。
• X線回折およびその他の構造的技術を用いて相の同定およびニッケルの酸化状態を特定する。
• 常圧および高圧下での電気的輸送測定により、超伝導行動を調査する。
• 既知の超伝導性を持つRENiO2薄膜および高圧相と比較する。
• 酸素含有量と電子的性質の関係をマップするため、Ni-327系の体系的分析を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 力学的に不安定な相La3Ni2O6.5は、常圧または高圧下でバルク超伝導を示すか？
• RQ2 La3Ni2O6.45におけるニッケルの酸化状態および局所的電子構造は何か？
• RQ3 Ni-327系における酸素非化学计量比は、電子的相の安定性にどのように影響するか？
• RQ4 還元相はニッケル酸化物における超伝導性を理解するためのモデル系として機能できるか？
• RQ5 La3Ni2O6.45と超伝導性を持つRENiO2薄膜との間の構造的および電子的差異は何か？

主な発見

• 力学的に不安定な相La3Ni2O6.45は、5% H2/Ar雰囲気下でLa3Ni2O7を制御還元することにより、成功裏に合成された。
• この相はNi²⁺イオンを含むことが確認され、表式上はLa3Ni2O6.45であるとされた。
• 常圧および最大10 GPaの高圧下でも、超伝導転移は観察されなかった。
• この相は、母体相および超伝導相とは異なる明確な結晶構造を示した。
• 酸素含有量の異なるニッケル酸化物相の安定性窓を理解するための重要な基準点を提供した。
• 本研究は、超伝導が観察されない中でも、酸素化学计量比がニッケル酸化物系における電子的挙動をチューニングする上で極めて重要であることを強調した。