2019年,美国斯坦福大学的Harold Hwang教授实验组在《自然》杂志上报道发现镍氧非常规超导体Nd1-xSrxNiO2，立刻引起人们的广泛关注。这种新超导体是在母体化合物NdNiO2中用Sr原子替代Nd原子而形成的。尽管NdNiO2具有与铜氧化物高温超导母体CaCuO2相同的晶体结构和电子结构，但是前者是没有磁有序的顺磁金属，后者却是反铁磁Mott绝缘体。从理论上理解为什么NdNiO2是没有磁有序的顺磁金属，将对理解镍氧化物非常规超导机理十分重要。
我们认真分析了母体化合物的电阻率和霍尔系数随温度的依赖关系，发现温度低于75 K，电阻率的实验数据很好地符合对数温度依赖，并且霍尔系数与电阻率成正比例关系。这个发现清楚地表明，母体化合物低温下存在非相干的Kondo散射。结合电子态的密度泛函计算，我们知道每一个Ni原子3d9的电子构型提供了一个dx2-y2的局域电子，而Nd的5d轨道电子有一小部分与Ni的3d9电子有杂化。为此，我们提出NdNiO2是一个自掺杂了的Mott绝缘体，建立了一个推广的K-t-J模型，其中t-J模型中的自旋子与少量的5d巡游电子构成周期Kondo晶格模型。当K>>J时，K-t-J模型可以约化为具有两种载流子的t-J模型，即空穴和Kondo单态共同作为载流子，从而破坏了Ni原子的反铁磁长程有序，并且使得系统从反铁磁Mott绝缘体转变为顺磁金属。此外，我们还研究了Sr掺杂导致的超导态的配对对称性，发现随低掺杂浓度增加，样品从时间反演对称破缺的d+is波超导态转变为d-波超导态，并伴随费米面从空穴型到电子型的Lifshitz转变，所得理论结果与近期霍尔系数和扫描隧道谱的实验测量结果相一致。
参考文献：
1.G.M.Zhang, Y.F.Yang and F.C.Zhang, Phys.Rev.B 101, 020501(2020).
2.Z.Wang, G.M.Zhang, Y.F.Yang and F.C.Zhang,arXiv:2006.15928.
张广铭教授，1988年、1991年分别获上海交通大学凝聚态物理学硕士、博士学位。之后曾先后在意大利国际理论物理中心（ICTP）和伦敦帝国理工大学（Imperial College of London, UK）任研究助理。1997年底回国，任清华大学高等研究中心研究员，2004年至今, 任清华大学物理系教授，现任清华大学凝聚态物理研究所所长和低维量子物理国家重点实验室副主任。张广铭教授长期研究凝聚态物理学中的量子多体问题，提出严格求解二维Kitaev量子自旋模型的新方法；建立二维量子数分数化激发的统一理论；构建一维整数自旋链拓扑态的普适类；发展电子多体系统中磁杂质散射导致的近藤共振和磁性关联的量子多体理论以及非常规超导机理。1999年获香港求是科技基金会“杰出青年学者”奖，2001年获“国家杰出青年基金”，2006年被教育部聘为“长江学者特聘教授”，2011年获中国物理学会“叶企孙物理奖”。
Venue: TDLI Meeting Room 200
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