[论文解读] 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 6

一句话总结

论文使用 ARPES 对 1313 交替单层-三层 La3Ni2O7 相进行研究，揭示了一个平带、一个额外的电子袋，以及与 LDA 计算相比 Ni d 带的显著重整化。

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.

研究动机与目标

• 激发理解在 La3Ni2O7 中，交替的单层-三层（1313）结构如何影响电子结构，与双层（2222）结构相比。
• 通过角分辨光致电子光谱（ARPES）表征 1313 的电子结构。
• 将实验结果与局域密度近似（LDA）计算进行比较，并评估 Ni d 带的相关效应。

提出的方法

• 对 1313 的 La3Ni2O7 样品执行 ARPES 测量，以绘制电子结构与能带色散。
• 将 ARPES 结果与 LDA 计算进行比较，以鉴定 Ni d 族带源态的重整化。
• 识别并表征诸如平带、电子袋与能带分裂（γ、δ、β 带）等特征。
• 在计算中从 LDA+U 转为 LDA 时，注意到能带结构的演变（如报道所述）。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过 ARPES 观察到的 1313 La3Ni2O7 相的特征电子结构特征是什么？
• RQ2 1313 结构在电子结构方面与先前研究的 2222 结构有何不同？
• RQ3 相对于 LDA 预测，哪些重整化因子修改 Ni d 带色散，以及它们对相关效应的含义？
• RQ4 平带、电子袋以及多层分裂是否出现在 1313 相中，它们在动量空间中的位置在哪里？

主要发现

• 1313 相具有具有明确结合能的平带。
• 在 1313 相中观测到额外的电子袋。
• 在平带和大型铜酸盐样电子袋中检测到带分裂（多层效应）。
• Ni dz2 和 d(x2−y2) 派生的带的重整化大约分别为 5–7 和 ~4。
• 用于比较的计算为 LDA（非 LDA+U），突出 Ni 派生带中的强相关效应。
• 具有相同化学计量比的结构母题在电子结构上产生重要差异，与潜在的高温超导性相关。