[論文レビュー] Electronic structure of the alternating monolayer-trilayer phase of La3Ni2O7

Sebastien N. Abadi, Ke-Jun Xu+13 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2024

Inorganic Chemistry and Materials被引用数 6

ひとこと要約

この論文は ARPES を用いて 1313 alternating monolayer-trilayer La3Ni2O7 相を研究し、平坦な帯域、追加の電子ポケット、LDA計算と比較した Ni d バンドの著しいレノーマリゼーションを明らかにする。

ABSTRACT

Recent studies of La$_3$Ni$_2$O$_7$ have identified a bilayer (2222) structure and an unexpected alternating monolayer-trilayer (1313) structure, both of which feature signatures of superconductivity near 80 K under high pressures. Using angle-resolved photoemission spectroscopy, we measure the electronic structure of 1313 samples. In contrast to the previously studied 2222 structure, we find that the 1313 structure hosts a flat band with a markedly different binding energy, as well as an additional electron pocket and band splittings. By comparison to local-density approximation calculations, we find renormalizations of the Ni-$d_{z^2}$ and Ni-$d_{x^2-y^2}$ derived bands to be about 5 to 7 and about 4 respectively, suggesting strong correlation effects. These results reveal important differences in the electronic structure brought about by the distinct structural motifs with the same stoichiometry. Such differences may be relevant to the putative high temperature superconductivity.

研究の動機と目的

• La3Ni2O7 における alternating monolayer-trilayer (1313) 構造が電子構造に与える影響を、bilayer (2222) 構造と比較して理解を促す。
• 1313 の電子構造を angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) によって特徴づける。
• 実験結果を local-density approximation (LDA) 計算と比較し、Ni d バンドに対する相関効果を評価する。

提案手法

• 1313 La3Ni2O7 サンプルに対して ARPES 測定を実施し、電子構造とバンド分散をマッピングする。
• ARPES 結果を LDA 計算と比較し、Ni d バンド由来の状態のレノーマリゼーションを同定する。
• 平坦なバンド、電子ポケット、バンド分割（γ、δ、β バンド）などの特徴を同定・特徴づける。
• 計算で LDA+U から LDA に移行した場合のバンド構造の進化に注意する（報告どおり）。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ARPES によって観測された 1313 La3Ni2O7 相の特徴的な電子構造の特徴は何か？
• RQ2 電子構造において、1313 構造は以前に研究された 2222 構造とどのように異なるか？
• RQ3 Ni d バンドの分散を LDA 予測に対して修正するレノーマリゼーション因子は何で、相関効果について何を示唆するか？
• RQ4 1313 相に平坦帯、電子ポケット、マルチレイヤー分裂は現れるか、そしてそれらは動量空間のどこに位置するか？

主な発見

• 1313 相は明確な結合エネルギーを持つ平坦帯を有する。
• 1313 相で追加の電子ポケットが観測される。
• 平坦帯および大きな銅酸塩様ポケットにおいて、バンド分裂（マルチレイヤー効果）が検出される。
• Ni dz2 および d(x2−y2) 派生バンドのレノーマリゼーションはそれぞれ約 5–7 および ~4。
• 比較には LDA 計算（LDA+U ではなく）を使用し、Ni由来のバンドにおける強い相関効果を強調している。
• 同じ組成の構造モチーフは、高温超伝導性の可能性に関連する重要な電子構造の差異を生む。