平面四方配位环境中 Ni$^{2+}$ 的巨轨道极化

理解氧的平面四方配位环境中 Ni$^{2+}$ 的电子行为是揭示空穴掺杂镍酸盐 Nd$_{0.8}$Sr$_{0.2}$NiO$_2$ 中近期发现超导性的起源的关键。为辨识镍酸盐与铜酸盐超导性之间的主要异同，研究相同平面四方配位环境中 Ni$^{2+}$ 与 Cu$^{2+}$ 的电子结构至关重要。为解决这些问题，我们研究了含 (Cu/Ni)O$_4$ 平面四方单元的 Sr$_2$CuO$_3$ 与镍掺杂 Sr$_2$CuO$_3$ 单晶的电子结构。我们对 Sr$_2$Cu$_{0.9}$Ni$_{0.1}$O$_3$ 中 Ni 的偏振依赖 X 射线吸收谱实验揭示了极大的轨道极化，这是高 $T_c$ 铜酸盐的特征。这源于低自旋 $S$=0 构型，即 Ni 3$d_{x^2-y^2}$ 轨道上有两空穴——与 Hund 第一定则预期的高自旋 $S$=1 态相反。空穴掺杂镍酸盐中此类 $S$=0 Ni$^{2+}$ 的存在将类似于 Zhang-Rice 单态。然而，NiO$_4$ 单元的 Mott-Hubbard 绝缘体性质指向了与高 $T_c$ 铜酸盐不同的镍酸盐电子相空间。