[論文レビュー] Theory of Rare-earth Infinite Layer Nickelates

Emily Been, Wei-Sheng Lee+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 27, 2020

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、ランタニド系列にわたる希土類元素無限層ニッケレートRNiO₂の電子的および磁気的性質を調査し、重い希土類元素からの5d電子の寄与がフェルミ準位に徐々に影響を及ぼすことを明らかにした。LaからLuにかけて格子体積が減少する中で、強化された磁気的交換相互作用が超伝導性を促進するが、それとは対照的に、動き回る5d電子によるKondo様スクリーニングが、電荷移動、バンド幅の再正規化、および磁気的相関の間の複雑な相互作用を複雑にする。

ABSTRACT

The recent discovery of superconductivity in oxygen-reduced monovalent nickelates has raised a new platform for the study of unconventional superconductivity, with similarities and differences with the cuprate high temperature superconductors. In this paper we discuss general trends of the infinite-layer nickelate RNiO$_2$ with rare-earth R spanning across the lanthanide series. We determine that the role of oxygen charge transfer diminishes when traversing from La to Lu, with a prominent role played by rare-earth 5d electrons near the Fermi level. A decrease in lattice volume indicates that the magnetic exchange additionally grows, which may be favorable for superconductivity. However compensation effects from the itinerant 5d electrons present a closer analogy to Kondo lattices, indicating a more complex interplay between charge transfer, bandwidth renormalization, compensation, and magnetic exchange.

研究の動機と目的

• ランタニド系列にわたるRNiO₂における電子構造の進化を理解すること。
• 電子的性質を決定づける要因としての酸素電荷移動と希土類元素5d電子の役割を評価すること。
• 格子収縮が磁気的交換相互作用および超伝導性への傾向に与える影響を評価すること。
• これらの材料における電荷移動、バンド幅再正規化、およびKondo様スクリーニングの競合関係を分析すること。

提案手法

• ランタニド系列にわたるRNiO₂における電子構造の傾向を理論的モデリングを用いて体系的に分析すること。
• フェルミ準位近辺における酸素電荷移動寄与と希土類元素5d電子寄与の相対的寄与を評価すること。
• LaからLuへの格子体積変化を定量的に評価し、その磁気的交換エネルギーへの影響を検討すること。
• 電荷移動、バンド幅再正規化、および動き回る5d電子からのKondo様スクリーニングの競合効果を調査すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RNiO₂における希土類元素5d電子のフェルミ準位への寄与は、ランタニド系列にわたってどのように変化するか？
• RQ2 LaからLuにかけてRNiO₂における酸素電荷移動はどの程度減少するか？
• RQ3 格子体積の収縮は、RNiO₂における磁気的交換相互作用にどのように影響するか？
• RQ4 RNiO₂における電荷移動、バンド幅再正規化、およびKondo様スクリーニングの相互作用の性質は何か？

主な発見

• RNiO₂において、酸素電荷移動の寄与はLaからLuにかけて顕著に減少し、重い希土類元素ではフェルミ準位近辺で5d電子寄与が支配的になる。
• ランタニド系列にわたる格子体積の減少は、強化された磁気的交換相互作用を示し、超伝導性の支援要因となる可能性がある。
• 動き回る5d電子の増加は、Kondo格子様の挙動を示し、超伝導ペアリング機構を複雑にする。
• 電荷移動、バンド幅再正規化、およびKondoスクリーニングの間には複雑な相互作用が生じ、電子相関の非自明な競合が示唆される。