[論文レビュー] Superconductivity in trilayer nickelate La4Ni3O10 under pressure

Mingxin Zhang, Cuiying Pei+29 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2023

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials被引用数 17

ひとこと要約

本論文は、三層ニコライト La4Ni3O10 における圧力誘発型超伝導を報告し、密度波秩序が抑制されるとともに約25 K 付近で超伝導が出現すること、そして大体積分率でバルク超伝導が示されることを示す。理論解析は、AFM スーパーエクスチェンジが結合機構となる可能性を示唆する。

ABSTRACT

Nickelate superconductors have attracted a great deal of attention over the past few decades due to their similar crystal and electronic structures with high-temperature cuprate superconductors. Here, we report the superconductivity in a pressurized Ruddlesden-Popper phase single crystal, La4Ni3O10 (n = 3), and its interplay with the density wave order in the phase diagram. With increasing pressure, the density wave order as indicated by the anomaly in the resistivity is progressively suppressed, followed by the emergence of the superconductivity around 25 K under I4/mmm space group. The susceptibility measurements confirm bulk superconductivity with a volume fraction exceeding 80%. Moreover, theoretical analysis unveils that antiferromagnetic (AFM) super-exchange interactions can serve as the effective pairing interaction for the emergence of superconductivity (SC) in pressurized La4Ni3O10. Our research provides a new platform for the investigation of the unconventional superconductivity mechanism in Ruddlesden-Popper trilayer perovskite nickelates.

研究の動機と目的

• La4Ni3O10 (n=3) が外部圧力下で超伝導になるかを調べる。
• 位相図における密度波秩序と超伝導の相互作用を解明する。
• 磁化率測定を通じて超伝導状態とそのバルク性を評価する。
• 高圧下の三層ニコライトにおけるペアリング機構を理論的に探る。

提案手法

• La4Ni3O10単結晶に高圧を加え、抵抗率を測定して密度波異常と超伝導転移を探索する。
• 圧力下での結晶対称性 (I4/mmm) を決定し、超伝導との関係を追跡する。
• 磁化率測定を実施してバルク超伝導を評価し、体積分率を推定（80%超）します。
• 超伝導の有効なペアリング相互作用としてAFM スーパーエクスチェンジを特定する理論解析を展開する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 La4Ni3O10 は圧力下で超伝導になりますか、どの条件（圧力・温度）でそうなるのか。
• RQ2 圧力は密度波秩序をどう抑制し、相図上で超伝導をどのように安定化させるのか。
• RQ3 圧力下での超伝導状態の特性とバルク分率は何か。
• RQ4 圧力下の La4Ni3O10 のペアリングを説明する微視的機構は何か（例：AFM スーパーエクスチェンジ）？

主な発見

• La4Ni3O10（n=3）は I4/mmm 相で、圧力下において約25 K 付近で超伝導を出現させる。
• 抵抗異常で示される密度波秩序は、圧力の増加とともに徐々に抑制される。
• 80%超の体積分率を示す磁化率測定により、バルク超伝導が確認される。
• 理論解析は、本系の超伝導の有効なペアリング相互作用として反強磁性スーパーエクスチェンジを示唆する。