La3Ni2O7高温超导体的自掺杂分子莫特绝缘体模型 | NSR

高温超导问题在凝聚态物理研究领域被称为 “皇冠上的明珠“。其复杂而深奥的机理问题，使之成为现代物理学中最具挑战性和魅力的研究热点之一。铜氧化物超导材料作为最早发现的高温超导材料，其物理机制被广泛认为与其内在的电子关联效应和母体的莫特绝缘性密切相关。因此，掺杂莫特绝缘体也被认为是实现高温超导的一条核心路径。

2023年，La3Ni2O7材料被发现在高压下具有超过80K的超导转变温度，是镍基超导体系自2019年发现以来的最高记录。La3Ni2O7材料具有独特的双层晶体结构，其高温超导机制也随即成为了凝聚态物理领域的热点问题之一。La3Ni2O7材料的发现，为高温超导家族增加了新的成员，也为人们增进对高温超导机理的理解提供了独特的视角。

中国科学院大学卡弗里理论科学研究所的张富春教授和中国科学院物理研究所的蒋坤特聘研究员带领团队基于强关联效应和层间耦合的相互影响，提出这一材料的莫特极限可以通过自掺杂分子莫特绝缘体模型描述，其物理根源与铜基超导体中的掺杂莫特绝缘体相似。

图1 (a) La3Ni2O7低能电子轨道在层间耦合的影响下形成了对称/反对称的分子轨道。(b) La3Ni2O7的莫特极限由dx2-y2（蓝色）和 dz2（绿色）形成的两个反对称分子轨道对应的分子莫特绝缘体描述，并且对称的dx2-y2（红色）轨道带来了自掺杂效应。

在La3Ni2O7中，上下两层镍氧面通过中间的顶角氧连接在一起，其显著的层间耦合使得局域的原子轨道在层间形成了对称和反对称的分子轨道。在相互作用的影响下，材料的莫特极限可以由两个近简并的反对称分子轨道描述，这两条反对称分子轨道分别由dx2-y2轨道和 dz2轨道构成，如图1(a)所示；而能量更高的dx2-y2对称分子轨道贡献了自掺杂效应，最终通过类似于掺杂莫特绝缘体的机制实现了超导现象。这项工作基于这一图像得到了La3Ni2O7的低能有效理论，并通过重整化平均场计算分析了其超导配对对称性等性质。