双层La$_3$Ni$_2$O$_7$中的电子关联与自旋-电荷密度条纹

利用从头算能带结构和DFT+动力学平均场理论方法，我们研究了电子-电子相互作用对最近发现的双层钙钛矿超导体La$_3$Ni$_2$O$_7$（LNO）在压力下的电子结构、磁态和结构相稳定性的影响。我们的结果显示了双自旋-电荷密度条纹态的出现，其特征是名义上的高自旋Ni$^{2+}_\mathrm{A}$和低自旋Ni$^{3+}_\mathrm{B}$离子（与Ni-O键成45°角的对角空穴条纹）形成之字形铁磁链，在$ab$平面内交替排列，波矢为${\bf q}=(\frac{1}{4},\frac{1}{4})$。该相变伴随着晶格结构的协同呼吸模式畸变，并导致LNO的低能电子结构和磁性质发生重构。我们获得了一个带隙值约为0.2 eV的窄隙关联绝缘体，其特征是Ni $3d$态的强局域化和缺电荷Ni$^{3+}_\mathrm{B}$离子的显著自旋-轨道极化。我们的结果表明，双交换作用对于确定LNO的磁性质很重要，类似于电荷有序锰氧化物中的情况。我们提出自旋和电荷条纹涨落在调节LNO在压力下的超导性中起着重要作用。