准一维铜基超导体Ba$_2$CuO$_{3+\delta}$的电子结构

完整CuO$_2$平面被广泛认为是铜基超导体高$T_c$超导性的先决条件。然而，在超导Ba$_2$CuO$_{3+\delta}$材料中可能存在例外，其中CuO链起着更重要的作用。基于第一性原理密度泛函理论计算，我们研究了Ba$_2$CuO$_{3+\delta}$的电子与磁结构。化学计量比Ba$_2$CuO$_3$和Ba$_2$CuO$_4$分别包含准一维CuO链和完整二维CuO$_2$平面。与反铁磁金属Ba$_2$CuO$_4$相比，Ba$_2$CuO$_3$被发现为反铁磁性（AFM）莫特绝缘体。它具有最近邻链内反铁磁（AFM）耦合与弱链间相互作用，其最低未占带与最高占据带分别由Cu 3$d_{b^2-c^2}$轨道（若以$bc$平面为$xy$平面则记为$d_{x^2-y^2}$轨道）和O 2$p$轨道贡献。总能量计算表明，Ba$_2$CuO$_{3+\delta}$中的氧空位倾向于位于平面位点而非CuO链中的顶端氧，与实验观测一致。此外，我们发现适度电荷掺杂可有效诱导磁挫败或自旋涨落。这表明富氧Ba$_2$CuO$_{3+\delta}$或缺氧Ba$_2$CuO$_{4-\delta}$中的超导配对很可能主要由CuO链内的AFM涨落驱动。