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Lattice-Charge Coupling in a Trilayer Nickelate with Intertwined Density Wave Order

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。

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本研究基于第一性原理构建双轨道模型，探讨基底支撑的双层镍酸盐薄膜（La₃Ni₂O₇）中的拓扑超导机制。在主导层间配对假设下，基底诱导的层不对称势与层交错Rashba自旋轨道耦合使系统进入受对角镜像对称保护的DIII类时间反演不变拓扑超导相。该非平凡拓扑源于自旋分裂键合费米面上配对符号的反转，表现为对角方向非零镜像缠绕数及[11]边缘的Majorana Kramers对。此外，轨道杂化导致偏离对角方向的体Dirac节点及零能平带。该研究确立了双层镍酸盐作为拓扑超导平台的潜力，其可调拓扑转变和边界模式为探测非常规配对提供了新途径。

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。

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