La$_{4}$Ni$_{3}$O$_{10}$电子结构与磁性结构中不同轨道贡献的研究

高温超导性最近在Ruddlesden-Popper相镍合物（Ruddlesden-Popper phase nickelates）受压后被发现，其中低能电子结构由 Ni $d_{x^2 - y^2}$ 和 $d_{z^2}$ 轨道主导。然而，这些轨道在超导性中的各自作用尚不明确。本文通过结合 X射线吸收、电子能量损失光谱和密度泛函理论计算对 La$_{4}$Ni$_{3}$O$_{10}$ 单晶进行研究，确认了平面氧的 $p_{x,y}$ 轨道和绝对氧的 $p_z$ 轨道中的配体空穴，这些配体空穴分别与 Ni $d_{x^2-y^2}$ 和 $d_{z^2}$ 轨道杂化。这些配体空穴使我们能够进行基于 O K边共挨非弹性X射线散射（O K-edge resonant inelastic X-ray scattering, RIXS）的轨道选择性研究，揭示 $d_{x^2-y^2}$ 态主导低能电荷激发，具有更高的离域性。我们还通过RIXS和拉曼光谱观察到约0.1 eV的双magnon（bimagnon），这导致垂直向超交换相互作用 J$_z$ 约为 50 meV。我们的结果揭示了 Ni $d_{x^2-y^2}$ 和 $d_{z^2}$ 轨道对电子结构和磁性结构的不同贡献，为理解 RP相镍酸盐超导体提供了直接实验洞察。