La5Ni3O11高压体系中的配对机制与超导性

《Science China-Physics Mechanics & Astronomy》：Pairing mechanism and superconductivity in pressurized La5Ni3O11

高压下La5Ni3O11超导机制及电子结构研究显示其层状结构中双层NiO2子系主导s±超导，单层子系通过弱约瑟夫森耦合促进相干性，压力先增强后抑制临界温度。

　　

摘要

在加压的La₃Ni₂O₇中发现超导性（SC），其临界温度T_c高于液氮的沸点，这引发了人们对Ruddlesden-Popper（RP）相镍酸盐中高T_c超导体的研究热潮。最近，报道了RP相镍酸盐La₅Ni₃O₁₁在压力作用下也表现出超导性，该材料具有层状结构，由交替排列的双层和单层NiO₂平面组成。它的T_c随压力变化呈现出 dome-shaped（穹顶形）依赖性，最高临界温度约为64 K，引起了广泛关注。在这里，我们利用密度泛函理论（DFT）和随机相位近似（RPA）计算方法，系统研究了这种材料的电子性质和超导机制。DFT计算得出的能带结构包含两组几乎相互独立的子能带结构，一组来源于双层子系统，另一组来源于单层子系统。基于RPA的分析表明，这种材料中的超导性主要发生在双层子系统中，其配对对称性为s^±波，与加压La₃Ni₂O₇中的情况类似；而单层子系统主要通过层间约瑟夫森耦合（IJC）作用促进双层间的相位相干性。由于层间约瑟夫森耦合非常弱，因此在压力作用下会显著增强，从而初始时导致体相T_c随压力增加。当压力足够高时，由于γ-口袋处的态密度降低，T_c会逐渐下降。这样，实验观察到的T_c随压力的穹顶形依赖性就得到了自然解释。