通过掺入拓扑构象氢实现 La$_2$NiO$_4$ 中的单带 $d$ 型超导性

La$_2$NiO$_4$是一种反亚磁性绝缘体，其结构类似于其 cuprate 对手 La$_2$CuO$_4$。然而，La$_2$CuO$_4$具有 Cu$^{2+}$ 或 3$d^9$ 的电子构型，需进行掺杂以获得超导性，而 La$_2$NiO$_4$中Ni为3$d^8$的二价Ni$^{2+}$。通过常规电子掺杂制备 cuprate 类物质不可行，因为四价取代物稀缺。本文提出了另一种途径：通过电场控制的质子化实现拓扑构象氢的嵌入，将La$_2$NiO$_4$转化为类似于 La$_2$CuO$_4$的3$d_{x^2-y^2}单带二维反亚磁性Mott绝缘体。我们通过密度泛函理论和动力学均匀场理论计算验证了这一点。进一步的动力学顶点近似预测，H-La$_2$NiO$_4$可在15$d$型超导性，其临界温度可超过20K。我们的发现不仅为调控层状镍酸盐的电子结构提供了新方法，也为新的镍酸盐超导体提供了理论依据，待实验合成验证。