軌道相關(guān)的費(fèi)米速度的倒數(shù)在增加，也就是鎳原子軌道的權(quán)重在增加。而之前有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)La3Ni2O7中兩個(gè)鎳原子軌道的層間耦合會(huì)有利于產(chǎn)生s±的超導(dǎo)對(duì)稱性 [9-10]。這也就解釋了為什么在La3Ni2O7中鎳原子的eg晶體場(chǎng)劈裂變大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生從d波到s波的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)在La3Ni2O7經(jīng)歷從d波到s波的轉(zhuǎn)變時(shí)，費(fèi)米面的形狀幾乎沒有發(fā)生改變。這說明La3Ni2O7的超導(dǎo)對(duì)稱性強(qiáng)烈依賴于費(fèi)米面上的很多“細(xì)節(jié)”，而僅通過費(fèi)米面的形狀是無法直接預(yù)言超導(dǎo)性質(zhì)的。$d_{3z^2-r^2}$

復(fù)雜氧化物L(fēng)a3Ni2O7因高壓相中發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)性而引發(fā)廣泛關(guān)注，但其超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性在理論上尚未達(dá)成共識(shí)。我們結(jié)合基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理計(jì)算和線性化的能隙方程計(jì)算發(fā)現(xiàn)La3Ni2O7的配對(duì)對(duì)稱性敏感地依賴于鎳原子的兩個(gè)eg軌道的晶體場(chǎng)劈裂。當(dāng)鎳原子eg軌道的晶體場(chǎng)劈裂稍加增大時(shí)，即使費(fèi)米面的形狀沒有發(fā)生改變，La3Ni2O7的配對(duì)對(duì)稱性從d波轉(zhuǎn)變成s波。我們工作說明多軌道超導(dǎo)體的超導(dǎo)性質(zhì)敏感地依賴于費(fèi)米面上的“精細(xì)細(xì)節(jié)”。

2023年夏天，中山大學(xué)的王猛教授團(tuán)隊(duì)及其合作者發(fā)現(xiàn)Ruddlesden-Popper結(jié)構(gòu)的鎳氧化物L(fēng)a3Ni2O7在大約14GPa壓強(qiáng)下發(fā)生正交到四方的結(jié)構(gòu)相變，同時(shí)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)80K左右的超導(dǎo) [1]。高壓下四方結(jié)構(gòu)的La3Ni2O7，它的費(fèi)米面具有三頁(yè)結(jié)構(gòu)(three sheet Fermi surface, 見圖1a),由兩個(gè)鎳原子各自的兩個(gè)eg軌道組成 [2]。這種由多軌道形成的費(fèi)米面與常見的高溫超導(dǎo)體銅氧化物的單軌道費(fèi)米面有明顯不同?；贚a3Ni2O7的低能電子結(jié)構(gòu)，許多文獻(xiàn)構(gòu)筑不同的有效模型，并提出不同的超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制。但迄今為止，尚未對(duì)La3Ni2O7最有利的配對(duì)對(duì)稱性達(dá)成共識(shí)。有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)La3Ni2O7的超導(dǎo)對(duì)稱性類似于鐵基超導(dǎo)的s±(A1g) [3-5]，但也有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)La3Ni2O7的超導(dǎo)對(duì)稱性是d波（dxy(B2g)或者dx2?y2(B1g)）[6-8]。

本工作結(jié)合基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理計(jì)算和線性化的能隙方程計(jì)算，研究高壓下四方相的La3Ni2O7的超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性。我們通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)：當(dāng)使用最大局域化Wannier函數(shù)擬合嚴(yán)格重現(xiàn)DFT能帶的時(shí)候，La3Ni2O7的超導(dǎo)對(duì)稱性是d波（對(duì)稱性dxy(B2g)）。但更重要的發(fā)現(xiàn)是：當(dāng)La3Ni2O7中鎳原子的兩個(gè)eg軌道的晶體場(chǎng)劈裂稍微增加，La3Ni2O7的超導(dǎo)對(duì)稱性便從d波（對(duì)稱性dxy(B2g)）轉(zhuǎn)變成s波(對(duì)稱性s±(A1g)),見圖1b。這種轉(zhuǎn)變的原因是當(dāng)La3Ni2O7中鎳原子的eg晶體場(chǎng)劈裂變大時(shí)，M點(diǎn)的磁化率會(huì)下降，而Γ點(diǎn)的磁化率則上升。這說明面內(nèi)的關(guān)聯(lián)在減弱，而層間的關(guān)聯(lián)在上升。另一方面，當(dāng)La3Ni2O7中鎳原子的eg晶體場(chǎng)劈裂變大時(shí)，跟鎳原子

圖1a: 高壓下四方結(jié)構(gòu)的La3Ni2O7的費(fèi)米面。圖1b:當(dāng)La3Ni2O7中鎳原子的兩個(gè)eg軌道的晶體場(chǎng)劈裂稍微增加，La3Ni2O7的超導(dǎo)對(duì)稱性便從d波（對(duì)稱性dxy(B2g)）轉(zhuǎn)變成s波(對(duì)稱性s±(A1g))。高壓下的La3Ni2O7處在d波與s波的相變臨界點(diǎn)附近（藍(lán)色區(qū)域）。

本工作于2025年1月26日以“Sensitive dependence of pairing symmetry on Ni-egcrystal field splitting in the nickelate superconductor La3Ni2O7”為題發(fā)表于國(guó)際期刊Nature Communications上。上海紐約大學(xué)（NYU Shanghai）的陳航暉教授為本文的通訊作者。上海紐約大學(xué)的夏程亮博士和布朗大學(xué)(Brown University)的劉泓泉同學(xué)（上海紐約大學(xué)2023屆本科生）為本文的共同第一作者。上海紐約大學(xué)2026屆本科生周圣杰同學(xué)也參與了本工作。本工作受到了國(guó)家自然科學(xué)基金和上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的資助。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-56206-0