La$_3$Ni$_2$O$_7$薄膜中的超交换作用与电荷转移

最近在La$_3$Ni$_2$O$_7$薄膜中发现了超过40 K的常压超导性，这标志着镍酸盐超导体领域的重大进展。为响应实验报告，本文我们研究了一个11带的d-p Hubbard模型，其紧束道参数来源于初步计算，使用大规模行列式量子蒙特卡罗和细胞动态平均场理论。我们的结果表明，La$_3$Ni$_2$O$_7$薄膜中主要的超交换耦合可在29.5 GPa的bulk材料中显著减弱。具体而言，Ni$-d_{3z^2-r^2}$轨道之间的垂直向反铁磁关联在薄膜中约降低了27%，而平面磁关联基本不受影响。我们采用扰动理论评估相应的抗铁磁耦合常数 $J_{\perp}$ 和 $J_{\parallel}$。就电荷转移特性而言，我们发现薄膜中的双轴压缩降低了电荷转移间隙。我们也阐明了掺杂空穴与电子在平面（Ni$-d_{x^2-y^2}$和O$-p_x/p_y$）与垂向（Ni$-d_{3z^2-r^2}$和O$-p_z$）轨道间的分布，揭示了显著的粒子-空穴不对称性。这些发现为La$_3$Ni$_2$O$_7$薄膜的低能t-J模型研究奠定了基础，提供了理解薄膜与bulk双层镍酸盐物性差异的关键见解。