物性物理学：ニッケル酸化物の超伝導に果たす水素の重要な役割

新たに発見されたニッケル酸化物超伝導体は、今のところ金属水素化物とのトポタクティック反応によって合成されたエピタキシャル薄膜にしか存在しない。この方法では、頂点酸素のデインターカレーションによって、ニッケル酸化物がペロブスカイト構造から無限層構造へと変化する。こうした化学反応によって水素（H）が導入され、最終材料の物性に影響を及ぼす可能性がある。残念なことに、Hは大半の特性評価技術に対して敏感でなく、軽いために検出が難しい。今回我々は、ストロンチウム（Sr）を最適ドープしたNd_0.8Sr_0.2NiO₂Hエピタキシャル薄膜において、二次イオン質量分析により、HがNd_0.8Sr_0.2NiO₂H_x（x ≅ 0.2～0.5）の形で豊富に存在することを示す。0.22 ≤ x ≤ 0.28という非常に狭いHドーピングの範囲内でゼロ抵抗が見いだされ、Hが超伝導に重要な役割を果たしていることが明確に示された。共鳴非弾性X線散乱からは、頂点酸素のデインターカレーションに由来する遍歴する格子間s（IIS）軌道の存在が実証された。密度汎関数計算からは、電気陰性H⁻が頂点酸素サイトを占有し、IIS軌道を消滅させ、IIS–Ni 3d軌道の混成を減少させることが示された。これによって、HをドープしたNd_0.8Sr_0.2NiO₂H_xの電子構造はさらに二次元的になり、これが、観測された超伝導に関係している可能性がある。我々は、Hが、エピタキシャル無限層ニッケル酸化物の超伝導に重要な構成要素であることを浮き彫りにしている。

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