近日，西北大学物理学院教授司良团队与合作者在强关联镍基超导氧化物研究领域取得重要成果。团队结合密度泛函理论、瓦尼尔函数投影、紧束缚近似、动态平均场近似、动态顶点近似等先进理论方法，对于无超导特性的单层强关联镍基氧化物La?NiO?，理论上预测了一种使其转变为超导体的方法：通过引入氢离子实现电子掺杂，氢化后的La?NiO?具备和铜基超导类似的电子结构和超导性质。相关论文发表在Physical Review Letters。

高温超导体的发现和研究一直是凝聚态物理领域的前沿课题。自1986年铜氧化物高温超导体问世以来，研究人员一直致力于寻找具有类似或更优性能的新型超导材料。具有无限层结构的超导体NdNiO?氧化物在2019年由斯坦福大学Horald Hwang教授团队成功合成，因其与铜氧化物在晶体结构和电子结构上的相似性，成为研究的热点。在随后几年，Ruddlesden-Popper（RP）相镍酸盐如La?Ni?O?等，因其层状结构和丰富的电子相行为，成为探索新型超导机制的重要平台。La?NiO?作为RP相的n=1成员，其结构与著名的铜氧化物超导体La?CuO?相似，但由于其Ni2?的3d?电子构型，传统的掺杂方法无法实现电子掺杂，因此难以实现超导性。因此，探索新的调控手段以实现其超导性成为研究的重点。

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在论文中，司良研究团队提出了一种通过拓扑氢化方法将非超导的La?NiO?转变为类铜氧化物超导体的新途径。通过密度泛函理论和动力学平均场理论计算，研究人员发现，氢化后的La?NiO?（H-La?NiO?）表现出类似于La?CuO?的3dx2-y2单带二维反铁磁Mott绝缘体特性。进一步的动力学顶点近似预测，在15%空穴掺杂下的模拟中，H-La?NiO?在20K以下展现出d波超导性。这一发现不仅为调控层状镍基氧化物的电子结构提供了新方法，也为实验合成新的镍氧化物超导体提供了理论依据。这种可以通过电场控制的质子化方法，为实现La?NiO?的超导电子结构调控提供了可行路径。与传统的化学掺杂方法相比，拓扑氢化具有可逆性和精确控制的优势，有望在未来的实验研究中得到验证与广泛应用。

相关论文信息：https://doi.org/10.1103/yd8w-frs8