镍基高温超导材料磁性研究获重要进展

在国家自然科学基金等项目的支持下，中山大学物理学院副教授曹坤团队在常温常压下与合作伙伴La3Ni2O7合作。-δ磁研究取得了重要进展。最近，《npj量子材料》发表了相关成果。(npj Quantum Materials)。

通过密度泛函理论计算和蒙特卡洛模拟，研究小组首次揭示了氧空位对材料的磁基状态和相变温度。(TSDW)为了了解镍氧化物高温超导与磁性之间的关系，调控机制提供了一个全新的视角。

La3Ni2O7自高压-δ自80K高温超导报告问世以来，该材料已成为超导物理领域的热点。然而，其常压下的磁性机制仍然存在争议。实验表明，在常压下，这种材料可能具有自旋密度波相，但其基态磁结构尚不清楚。此外，氧空位对磁性的影响尚未明确，这对于揭示磁性与超导的关系尤为重要。

La3Ni2O7是曹坤团队系统的研究。-δ磁性行为。研究表明，在无氧空位的前提下，材料的磁基态是double。 spin stripe(DSS)。基于对经典Heisenberg模型的分析，发现固层反铁磁相互作用被确认为主导磁交换功能，与实验观测一致。进一步计算发现，内部顶点的氧空位最稳定，会导致附近Ni原子的磁矩消失，形成电荷位点。随着氧空位的增加，磁基态逐渐向spin-charge stripe(SCS)变化。当氧气空位浓度上升到δ= 材料在0.5时演变为短程、有序的类自旋玻璃态。

研究表明，在引入氧空位后，Ni的dz2轨道能量明显下降，导致其电子结构变为低自旋态Ni2 (t2g6dz22)，是造成磁矩消失的原因，并且进一步破坏了固层超交换功能。通过控制Ni的电子结构和固层相互作用，氧空位显著影响La3Ni2O7-δ磁性、电荷和轨道的有序暴露了其复杂的电子相关行为，为了了解镍氧化物的物理性质提供了重要的理论支持。同时，通过稀释主导磁交换功能，氧空位显著降低TSDW，使自旋波激起谱更符合测试结果。