[论文解读] Correlated electronic structure of La$_3$Ni$_2$O$_7$ under pressure
本文在高压下使用 GW、DMFT、EDMFT，以及 GW+EDMFT 在一个四轨道模型上研究 La3Ni2O7 的相关电子结构，揭示了由非局部筛选驱动的电荷条纹不稳定性，d_z^2 作为活性轨道。
Recently, superconductivity with a $T_c$ up to 78 K has been reported in bulk samples of the bilayer nickelate La$_3$Ni$_2$O$_7$ at pressures above 14 GPa. Important theoretical tasks are the formulation of relevant low-energy models and the clarification of the normal state properties. Here, we study the correlated electronic structure of the high-pressure phase in a four-orbital low-energy subspace using different many-body approaches: $GW$, dynamical mean field theory (DMFT), extended DMFT (EDMFT) and $GW$+EDMFT, with realistic frequency-dependent interaction parameters. The nonlocal correlation and screening effects captured by $GW$+EDMFT result in an instability towards the formation of charge stripes, with the $3d_{z^2}$ as the main active orbital. We also comment on the potential relevance of the rare-earth self-doping pocket, since hole doping suppresses the ordering tendency.
研究动机与目标
- 激发在压力下对 La3Ni2O7 进行最小低能建模以理解超导性。
- 评估非局部筛选和相关性如何通过先进的多体方法修订DFT 观点。
- 确定在低能物理中主导的 Ni 轨道以及潜在的有序倾向。
- 探讨 La 自掺杂口袋的作用及其对相关性效应的影响。
提出的方法
- 在双层中的两个 Ni 位点构建一个以 d_{x^2−y^2} 与 d_{z^2} Wannier 函数为基底的 four-orbital 低能模型。
- 从 cRPA 计算频率相关的相互作用，并对模型传播子使用 G0W0。
- 用 DMFT、EDMFT 和 GW+EDMFT 求解该模型，比较有序解与抑制有序解。
- 分析局部光谱函数、自能和电荷易感性以识别有序倾向。
- 通过在自洽 GW+EDMFT 中移动化学势来研究掺杂效应。
实验结果
研究问题
- RQ1非局部筛选对 La3Ni2O7 在压力条件下的相关电子结构有何影响？
- RQ2哪些轨道主导低能物理，它们如何影响可能的有序性和超导性？
- RQ3GW+EDMFT 是否在高压相中预测电荷有序或条纹状不稳定性？
- RQ4通过自掺杂口袋实现的空穴或电子掺杂如何影响电子相关性和有序倾向？
主要发现
- GW+EDMFT 显示非局部筛选驱动电荷条纹不稳定性，d_{z^2} 轨道为主要活性参与者。
- EDMFT 具有动态相互作用预测几乎半充的层状结构具有长程反铁磁序，暗示 Mott-like 状态以及 Ni 位点之间的对称性破缺。
- DMFT 具有频率相关的 U 的情形下收敛为更金属性的行为，但在 beta=50 eV^{-1} 时未出现有序。
- GW+EDMFT 揭示在 xy 平面内趋向对角条纹的电荷不稳定性，而非交错序，可能存在非整数量调制。
- 电荷易感性指示在 d_{z^2} 区域有条纹形成倾向，而 d_{x^2−y^2} 显示无有序倾向。
- 空穴掺杂（自掺杂口袋）抑制有序倾向并降低易感性，可能有利于超导性。
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