Layer Architecture Shapes Electronic, Magnetic, and Lattice Interactions in Ruddlesden-Popper Nickelates

利用Ni L3边和O K边共振非弹性X射线散射(RIXS)对La3Ni2O7的两种多形体——交替单层-三层结构LNO-1313与双层结构LNO-2222——以及三层化合物La4Ni3O10进行了系统比较。研究发现,LNO-1313与La4Ni3O10的电子、磁性和晶格激发高度相似,而双层LNO-2222表现出明显不同的特征。与LNO-2222相比,LNO-1313和La4Ni3O10具有更弱的轨道极化、增强的3d8L(配体空穴)特性、较小的面外磁交换尺度以及更强的电子-声子耦合。在有效局域矩框架下,强反铁磁层间耦合产生的自旋激发可由纠缠二聚体图像自然描述,其优势在层间耦合超过层内相互作用的双层LNO-2222中最明显。这些结果为层状镍酸盐中与超导相关的低能物理理论模型提供了关键实验约束。

layer differentiation

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Layer-resolved Electronic Structure and Correlation of Low-n Square-planar Nickelates: A DFT+DMFT Prediction of Superconducting Candidates

该研究采用密度泛函理论结合动力学平均场理论(DFT+DMFT),系统分析了低 n 层四方镍酸盐的层分辨电子结构和关联效应。结果表明,未掺杂体系中 Ni-d 轨道的电子关联强度随层数增加而增强,且内层 NiO₂ 平面普遍比外层具有更强的关联性,这种层间差异源于空间电荷分布的不均匀性。针对因过度空穴掺杂而不超导的 n=2 和 n=3 化合物,提出在间隔层氧位进行 Cl 替代的电子补偿策略,通过虚拟晶体近似模拟将其名义 Ni 价调控至与最佳超导 n=6 体系相同的水平。计算显示,Cl 掺杂可显著提升低层数体系的 Ni-d 质量增强因子,使其进入强关联金属区,同时低能电子结构得以保持。该工作揭示了层分辨电子关联在超导机制中的关键作用,并预测间隔层 Cl 掺杂是将低 n 四方镍酸盐转化为潜在超导候选材料的可行路径。

LDA+U

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lifshitz transition

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Linear spin-wave theory

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linearized Eliashberg equation

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london penetration depth

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Magnetic configurations and excitations in high-Tc multilayer nickelates

该研究采用多轨道巡游电子框架,结合 Hartree-Fock 和随机相近似方法,系统分析了双层与三层镍酸盐的磁基态及横模自旋激发。对于双层体系,虽双条纹序能量略低,但单条纹态的激发谱在波矢 Q_BL 处呈现各向异性低能锥形色散,在 Γ 点附近显示各向同性高能激发,与共振非弹性 X 射线散射及中子散射实验定性吻合;还发现 Q_BL 处的镜面偶数层间光学模能量与 Γ 处镜面奇数模一致。对于三层体系,镜面奇数和镜面偶数自旋密度波均可稳定,镜面奇数态能量更低,并携带由中间层主导的近零能隙模,而镜面偶数态仅含一支声学模和两支有能隙光学模;与实验对比支持镜面奇序图像。结果表明,磁激发可作为灵敏探针区分磁有序构型,并支撑多层镍酸盐磁性具有共同巡游起源的结论。

magnetic correlations

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