Gd2-xSrxNiO4±δ的K2NiF4结构调控与电子输运特性：揭示稀土镍酸盐的金属-绝缘体转变机制

研究人员针对稀土镍酸盐Gd2-xSrxNiO4±δ的晶体结构与电子性质展开研究，通过X射线衍射（XRPD）、电阻率测试和XPS等技术，揭示了Sr掺杂引发的晶胞收缩与金属-绝缘体转变（MIT）现象，为设计新型功能材料提供了关键理论依据。

　　

论文解读：

在功能材料领域，稀土镍酸盐因其独特的电子关联效应和结构可调性备受关注。然而，随着稀土离子半径的减小（如Gd³⁺），传统K₂NiF₄结构的稳定性面临挑战，这直接影响了材料的电输运和磁学性能。更棘手的是，对于Ni³⁺的电子态争议——究竟是Jahn-Teller畸变主导还是电荷歧化（charge disproportionation）起决定作用，学界长期未有定论。墨西哥国立自治大学的研究团队通过精准调控Gd_2-xSr_xNiO_4±δ（0.75≤x≤1.25）的化学组成，不仅突破了小尺寸稀土离子的结构稳定性限制，更揭示了其反常的金属-绝缘体转变机制，相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

研究采用复合聚合物路线和固相法合成样品，通过X射线粉末衍射（XRPD）进行Rietveld精修确定晶体结构，结合变温电阻率测试（15-300 K）、直流磁化测量（2-300 K）和X射线光电子能谱（XPS）等多尺度表征技术，系统解析了材料的结构-性能关系。

晶体结构表征
Rietveld精修显示，尽管Sr²⁺离子半径大于Gd³⁺，但晶胞参数c随x增加反常收缩（12.22→12.18 ?），导致c/a比近乎线性下降。这种"反直觉"现象暗示了Ni-O键长变化与电子重构的协同作用。

电输运特性
x=1.25样品在220 K呈现显著金属-绝缘体转变（MIT）。高温区电导符合热激活机制，而低温区数据可用二维变程跳跃（2D-VRH）模型拟合，表明载流子局域化效应增强。XPS和碘量滴定证实Sr掺杂引入了氧空位和O 2p空穴，而非传统认为的Ni³⁺主导电荷补偿。

讨论与意义
该研究颠覆了稀土镍酸盐中Ni³⁺必然引发Jahn-Teller畸变的传统认知，通过实验证据支持了"配体空穴（Lⁿ）"模型：电子重组更倾向于形成Ni²⁺L¹与Ni²⁺L²的键歧化态，而非简单的Ni³⁺离子。这一发现为理解4f-3d杂化体系的电子关联效应提供了新视角，对开发新型自旋电子器件和固态电解质具有重要指导价值。