母体铜氧化物 La$_2$CuO$_4$ 的第一性原理电子-声子相互作用与极化子

理解高温超导体中的电子相互作用是一项突出的挑战。在广泛研究的铜氧化物材料中，实验证据指向强电子-声子（$e$-ph）耦合和宽光电子能谱。然而，这种行为的微观起源尚未被完全理解。本文中，我们通过第一性原理计算研究了典型母体（未掺杂）铜氧化物 La$_2$CuO$_4$ (LCO) 中的 $e$-ph 相互作用与极化子。利用无参数的 Hubbard 修正密度泛函理论，我们获得了带隙和 Cu 磁矩与实验几乎完全一致的基态。这使得对 $e$-ph 相互作用的定量表征成为可能。我们的计算揭示了两类纵向光学（LO）声子，它们与空穴态具有强 $e$-ph 耦合。这些模式由 Cu-O 面键长伸缩与键角弯曲以及顶角 O 原子的振动组成。利用能够捕捉强 $e$-ph 耦合的累积子方法获得的空穴谱函数，表现出具有小谱权重（$Z\approx0.25$）的宽准粒子峰和极化子效应特征的显著 LO 声子伴带。我们的计算预测了在光电子能谱中观察到的特征，包括现有模型无法解释的 $e$-ph 耦合分布函数中的 40-meV 峰。这些结果表明，实验上在镧铜氧化物中发现的普遍强 $e$-ph 耦合是母体化合物的本征特征，并阐明了其微观起源。