摘要：复杂氧化物La3Ni2O7因高压相中发现高温超导性而引发广泛关注，但其超导配对对称性在理论上尚未达成共识。我们结合基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算和线性化的能隙方程计算发现La3Ni2O7的配对对称性敏感地依赖于镍原子的两个eg轨道的晶体场劈裂。当镍

复杂氧化物La3Ni2O7因高压相中发现高温超导性而引发广泛关注，但其超导配对对称性在理论上尚未达成共识。我们结合基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算和线性化的能隙方程计算发现La3Ni2O7的配对对称性敏感地依赖于镍原子的两个eg轨道的晶体场劈裂。当镍原子eg轨道的晶体场劈裂稍加增大时，即使费米面的形状没有发生改变，La3Ni2O7的配对对称性从d波转变成s波。我们工作说明多轨道超导体的超导性质敏感地依赖于费米面上的“精细细节”。

2023年夏天，中山大学的王猛教授团队及其合作者发现Ruddlesden-Popper结构的镍氧化物La3Ni2O7在大约14GPa压强下发生正交到四方的结构相变，同时出现了转变温度高达80K左右的超导 [1]。高压下四方结构的La3Ni2O7，它的费米面具有三页结构(three sheet Fermi surface, 见图1a),由两个镍原子各自的两个eg轨道组成 [2]。这种由多轨道形成的费米面与常见的高温超导体铜氧化物的单轨道费米面有明显不同。基于La3Ni2O7的低能电子结构，许多文献构筑不同的有效模型，并提出不同的超导配对机制。但迄今为止，尚未对La3Ni2O7最有利的配对对称性达成共识。有文献发现La3Ni2O7的超导对称性类似于铁基超导的s±(A1g) [3-5]，但也有文献发现La3Ni2O7的超导对称性是d波（dxy(B2g)或者dx2−y2(B1g)）[6-8]。

本工作结合基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算和线性化的能隙方程计算，研究高压下四方相的La3Ni2O7的超导配对对称性。我们通过计算发现：当使用最大局域化Wannier函数拟合严格重现DFT能带的时候，La3Ni2O7的超导对称性是d波（对称性dxy (B2g)）。但更重要的发现是：当La3Ni2O7中镍原子的两个eg轨道的晶体场劈裂稍微增加，La3Ni2O7的超导对称性便从d波（对称性dxy (B2g)）转变成s波(对称性s±(A1g)),见图1b。这种转变的原因是当La3Ni2O7中镍原子的eg晶体场劈裂变大时，M点的磁化率会下降，而Γ点的磁化率则上升。这说明面内的关联在减弱，而层间的关联在上升。另一方面，当La3Ni2O7中镍原子的eg晶体场劈裂变大时，跟镍原子

轨道相关的费米速度的倒数在增加，也就是镍原子

轨道的权重在增加。而之前有文献发现La3Ni2O7中两个镍原子

轨道的层间耦合会有利于产生s±的超导对称性 [9-10]。这也就解释了为什么在La3Ni2O7中镍原子的eg晶体场劈裂变大时，会产生从d波到s波的转变。同时，我们也发现在La3Ni2O7经历从d波到s波的转变时，费米面的形状几乎没有发生改变。这说明La3Ni2O7的超导对称性强烈依赖于费米面上的很多“细节”，而仅通过费米面的形状是无法直接预言超导性质的。$d_{3z^2-r^2}$

图1a: 高压下四方结构的La3Ni2O7的费米面。图1b:当La3Ni2O7中镍原子的两个eg轨道的晶体场劈裂稍微增加，La3Ni2O7的超导对称性便从d波（对称性dxy (B2g)）转变成s波(对称性s±(A1g))。高压下的La3Ni2O7处在d波与s波的相变临界点附近（蓝色区域）。

本工作于2025年1月26日以“Sensitive dependence of pairing symmetry on Ni-eg crystal field splitting in the nickelate superconductor La3Ni2O7”为题发表于国际期刊Nature Communications上。上海纽约大学（NYU Shanghai）的陈航晖教授为本文的通讯作者。上海纽约大学的夏程亮博士和布朗大学(Brown University)的刘泓泉同学（上海纽约大学2023届本科生）为本文的共同第一作者。上海纽约大学2026届本科生周圣杰同学也参与了本工作。本工作受到了国家自然科学基金和上海市科学技术委员会的资助。

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来源：知社学术圈