[論文レビュー] The s$^\pm$-Wave Pairing and the Destructive Role of Apical-Oxygen Deficiencies in La$_3$Ni$_2$O$_7$ Under Pressure

Yubo Liu, Jia‐Wei Mei+3 more|PubMed|Jul 19, 2023

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials参考文献 19被引用数 20

ひとこと要約

本論文は欠陥の実空間RPAを含む多軌道RPAを用いて、加圧下のLa3Ni2O7におけるs±波対称性の配対を示し、γポケットがネスティングに不可欠であることを示し、頂部酸素欠乏が局所モーメントを誘発してTcを抑制することを示している。

ABSTRACT

Recently, the bilayer perovskite nickelate La_{3}Ni_{2}O_{7} has been reported to show evidence of high-temperature superconductivity (SC) under a moderate pressure of about 14 GPa. To investigate the superconducting mechanism, pairing symmetry, and the role of apical-oxygen deficiencies in this material, we perform a random-phase approximation based study on a bilayer model consisting of the d_{x^{2}-y^{2}} and d_{3z^{2}-r^{2}} orbitals of Ni atoms in both the pristine crystal and the crystal with apical-oxygen deficiencies. Our analysis reveals an s^{±}-wave pairing symmetry driven by spin fluctuations. The crucial role of pressure lies in that it induces the emergence of the γ pocket, which is involved in the strongest Fermi-surface nesting. We further found the emergence of local moments in the vicinity of apical-oxygen deficiencies, which significantly suppresses the T_{c}. Therefore, it is possible to significantly enhance the T_{c} by eliminating oxygen deficiencies during the synthesis of the samples.

研究の動機と目的

• 加圧下のLa3Ni2O7における配対機構と対称性を決定する。
• フェルミ表面のネスティングとγポケットを介して圧力が超伝導性を可能にする機構を特定する。
• 頂部酸素欠乏がTcと超伝導性に与える影響を評価する。
• 二層系ニッケル酸化物における配対に支配的な軌道寄与を説明する。

提案手法

• DFTから二層の二軌道（d_x2−y2, d3z2−r2）を用いたタイトバインディングモデルを構築する。
• 多軌道RPAを適用して、再正規化されたスピンおよび電荷の感受性を得る。
• 線形化ギャップ方程式と最大固有値λによって支配的な対形成チャネルを特定する。
• 実空間RPAを用いて、ランダムに分布する頂部酸素欠乏を持つ系を研究する。
• 圧力下でのγポケットの出現がFermi表面のネスティングと対形成に与える影響を解析する。
• 対称性をフェルミ表面ポケット上の符号構造（s±）と結びつけて解く。

Figure 1: (Color online) (a) Band structure along the high symmetry lines. (b) FS in the first Brillouin zone. The three pockets are labeled by $\alpha,\beta$ and $\gamma$ , respectively. The colors in (a) and (b) indicate the orbital component.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中程度の圧力下でのLa3Ni2O7の対形成機構と得られる対称性は何か。
• RQ2 圧力誘導のγポケットがフェルミ表面のネスティングとTcに与える影響はどうか。
• RQ3 頂部酸素欠乏が磁気揺動と超伝導性に与える影響は何か。
• RQ4 二層ニッケル酸化物における超伝導対形成を支配する軌道特性は何か。

主な発見

• 純粋な結晶においてスピン揺動によってs±波対称性が支持される。
• γポケットは圧力下に出現し、最も強いフェルミ表面のネスティングに関与して超伝導性を高める。
• 支配的な対形成は層間のd3z2−r2軌道を含み、軌道寄与がギャップ構造を導く。
• αおよびγポケットの超伝導ギャップはβポケットとは符号が反対であり、s±対形成と整合する。
• 頂部酸素欠乏は局所磁気モーメントを誘発してTcを抑制し、臨界相互作用Uc^(s)を下げ、現実的なδで通常のUに対して超伝導を崩壊させる可能性がある。
• 実空間RPAは欠乏濃度δの増加とともにTcの抑制が進み、選択したU = 1.16 eVでは約3%δを超えるとTcはほぼ消滅する。

Figure 2: (Color online) (a) The distribution of the largest eigenvalue $\chi(\mathbf{q})$ of the RPA-renormalized spin susceptibility matrix in the Brillouin zone. This distribution peaks at three unequivalent momenta, which are marked as $\mathbf{Q}_{1}$ , $\mathbf{Q}_{2}$ , and $\mathbf{Q}_{3}$ r