Sr$_2$CuO$_3$ 中可调谐表面电子气与声子效应：第一性原理研究

尽管铜氧化物超导体中的导电 CuO$_2$ 平面被广泛认为是产生高超导 $T_\text{c}$ 的关键组成部分，但近期关于 Ba$_{2-x}$Sr$_x$CuO$_{3+}$$\delta$ 的实验与理论研究也使人们关注到一维铜氧化物中 Cu-O 链的重要性。为了更好地理解含 Cu-O 链的铜氧化物，在此我们基于自旋极化密度泛函理论计算，研究了 Sr$_2$CuO$_3$ 块体与薄膜的电子、磁性和声子性质。我们首先重现了块体 Sr$_2$CuO$_3$ 中铜氧化物母体化合物的典型 Mott 绝缘体特征，随后构建了表面暴露 Cu-O 链的 Sr$_2$CuO$_3$ 薄膜，以直接研究其特性。与绝缘的块体相不同，Sr$_2$CuO$_3$ 表面展现出有趣的金属特性。进一步的电子结构计算揭示了表面 Sr 原子之间存在自旋极化电子气，且其强烈依赖于 Cu 自旋的链间耦合。此外，涉及链内与链外 O 原子振动的声子模式可在 Sr$_2$CuO$_3$ 薄膜表面层引起强烈的电荷与自旋涨落，这表明存在显著的多自由度耦合，这可能对一维铜氧化物的超导性至关重要。我们的工作为 Sr$_2$CuO$_3$ 中 Cu-O 链的性质提供了全面视角，有助于对一维铜氧化物超导体的完整理解。