块体 NdNiO2 在热力学上相对于分解不稳定，而氢化可降低不稳定性并使其由金属转变为绝缘体
材料科学
2022-02-02 v1 超导电性
摘要
通过 CaH2 化学还原母体 R3+Ni3+O3 钙钛矿形式，近期在 SrTiO3 衬底上的 Sr 掺杂 NdNiO2 中实现了超导。利用密度泛函理论（DFT）计算，我们发现化学计量比 NdNiO2 相对于分解为 1/2[Nd2O3 + NiO + Ni] 显著不稳定，其放热分解能为 +176 meV/atom，这一不稳定性远高于常见三元氧化物。这引发了一个问题：被广泛用于建模铜酸盐类似镍基氧化物电子能带结构且被发现为金属性的化学计量比 NdNiO2 镍酸盐化合物，是否是用于此目的的正确模型。为考察这一点，我们通过 DFT 研究了在获取 NdNiO2 所需化学还原过程中预期存在的常见 H 杂质的作用。我们发现 H 甚至可从 H2 气体中吸热式（即自发地）掺入 NdNiO2。在浓极限下，此类杂质可导致氢化物化合物 NdNiO2H 的形成，其相对于无氢 NdNiO2 的不稳定性显著降低。有趣的是，氢化形式具有与纯形式相近的晶格常数（导致可比较的 XRD 图谱），但与 NdNiO2 的金属性不同，氢化形式被预测为宽禁带绝缘体，因此需要掺杂来产生金属性或超导态，正如铜酸盐那样，但与未氢化镍酸盐不同。尽管氢可能最终脱附，但计算表明原始 NdNiO2 是氢稳定的。对于预测原始化学计量比 NdNiO2 中新物理的理论必须谨慎，因为它可能是无法实现的化合物。亟需实验考察真实 NdNiO2 超导体的组成以及氢对超导性的影响。
引用
@article{arxiv.2107.01790,
title = {Bulk NdNiO2 is thermodynamically unstable with respect to decomposition while hydrogenation reduces the instability and transforms it from metal to insulator},
author = {Oleksandr I. Malyi and Julien Varignon and Alex Zunger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.01790},
year = {2022}
}
备注
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