基于全关联量子化学方法的NdNiO$_2$电子移除准粒子态的第一性原理波函数分析

在空穴掺杂无限层NdNiO$_2$——一种与铜基超导材料同结构且等电子的过渡金属（TM）氧化物——中发现超导性，重新燃起了理解非常规超导起源的希望。在此，我们利用最先进的多体多参考量子化学方法研究模拟空穴掺杂的无限层Ni$^{1+}$氧化物NdNiO$_2$中的电子移除态。由多体波函数分析，我们发现NdNiO$_2$的空穴掺杂$d^8$基态与同结构铜基类似物CaCuO$_2$中的$d^8$基态非常不同，尽管母体$d^9$基态大体相同。我们表明，NdNiO$_2$中掺杂的空穴主要定域在Ni $3d_{x^2-y^2}$轨道形成闭壳层单重态，且该单重态构型贡献了约40%的波函数。相反，在CaCuO$_2$中Zhang-Rice单重态构型贡献了约65%的波函数。借助纠缠熵的量子信息概念，我们量化了镍酸盐和铜酸盐化合物中不同类型的电子关联，发现Ni $d$流形内的动态径向型关联在空穴掺杂NdNiO$_2$中持续存在。结果，$d^8$多重态效应更强，且额外空穴的足迹在NdNiO$_2$中更具三维性。我们的分析表明，用于表示铜酸盐中掺杂情形最常用的三带Hubbard模型在CaCuO$_2$中代表了约90%的$d^8$波函数，但该模型严重近似了NdNiO$_2$的$d^8$波函数，因其仅代表约60%的波函数。