单层三层 La$_3$Ni$_2$O$_7$ 的压力可调结构不稳定性

层状镍酸盐被认为会表现出类似于铜元素所发现的超导性。然而，层状镍酸盐的具体晶体结构尚未完全阐明。本文我使用第一性原理计算研究了单层三层 La$_3$Ni$_2$O$_7$的结构不稳定性随压力的变化，该结构是层状镍酸盐族中的一个成员，也显示出超导性迹象。我发现，在父结构$P4/mmm$相中，存在一个几乎无色散的非简并声子分支，在红移$k$沿 Brillouin 区边缘 $M$ $(\frac{1}{2}, \frac{1}{2}, 0)$ $\rightarrow$ $A$ $(\frac{1}{2},\frac{1}{2},\frac{1}{2})$处于所有研究的压力下都不稳定。在较低压力下，计算显示沿 $MA$ 边缘还存在额外的双简并不稳定性。我使用群理论分析识别了由于这些不稳定性可能导致的不同低对称性扭曲，并通过不稳定模式的特征向量生成它们。结构弛豫显示，在0和10 GPa处的最低能量结构涉及非简并和双简并不稳定性的共轨，这与实验精炼相仅涉及双简并分支的共轨相反。在我也发现，在20 GPa结构扭曲是能量上有利的，尽管实验在高压下没有观察到父结构$P4/mmm$的任何结构扭曲。