掺杂 NdNiO2 中计算得到的交换相互作用及 Ni 双空穴自旋态对洪德耦合的敏感性
强关联电子
2021-02-17 v4 材料科学
超导电性
摘要
利用基于密度泛函的 LDA+U 方法与线性响应理论,我们研究了超导体 Nd{1-x}Sr{x}NiO2 的磁交换相互作用。我们计算得到的近邻交换常数 J1=82 meV 较大,受掺杂影响弱,且仅略小于姊妹化合物 CaCuO2 中的值。然而我们发现空穴掺杂显著增强了层间交换耦合,因为它影响了 Ni-3d{3z2-r2} 轨道的磁矩。这可从 Ni-3d{3z2-r2} 在 NiO2 面内小杂化(导致费米能级附近平带)及其沿 z 方向大重叠来理解。我们还证明出现在费米能级的 Nd-5d 态不影响磁交换相互作用,因此可能不参与该化合物的超导。尽管许多先前工作强调 Ni-3d{x2-y2} 与 Nd-5d 轨道的重要性,我们转而用动力学平均场理论研究 Ni-3d{x2-y2}/Ni-3d{3z2-r2} 最小模型的求解。它揭示了一个潜在的莫特绝缘态,该态依赖于原子内洪德耦合精确值小于或大于 0.83 eV,在掺杂时于低能选择 S=0 或 S=1 双空穴态,导致非常不同的准粒子能带结构。我们提出掺杂时自旋激发谱与准粒子态密度的趋势可作为探测 Ni 3d8 组态的途径。
引用
@article{arxiv.2008.07465,
title = {Calculated Exchange Interactions and Sensitivity of Ni Two-Hole Spin State to Hund's Coupling in Doped NdNiO2},
author = {Xiangang Wan and Vsevolod Ivanov and Giacomo Resta and Ivan Leonov and Sergey Y. Savrasov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.07465},
year = {2021}
}
备注
9 pages, 5 figures, 2 tables, accepted to PRB