近日，中山大学王猛教授和谢涛副教授的研究团队利用中子散射技术在常压下系统地研究了La3Ni2O7-δ多晶样品的磁基态与磁激发谱。该成果发表在Science Bulletin 2024年第20期。
该研究团队利用中子散射技术在常压下系统地研究了La3Ni2O7-δ多晶样品的磁基态与磁激发谱。他们的中子衍射结果显示该La3Ni2O7-δ多晶样品在低至10 K的温度区间内没有形成长程磁有序。非弹性中子散射测量观测到了微弱的磁激发信号，其中包括低能自旋激发(几个电子毫伏)和在约45 meV附近的几乎没有色散的磁激发信号(见图b和c)。这样的磁激发与双层结构内强层间反铁磁耦合、弱面内反铁磁耦合的条纹型反铁磁序图像一致(见图d-g)，相应的层间有效磁交换关联强度大约在60 meV左右，面内的有效磁交换关联强度则约为3~4 meV。这与铜基和铁基超导体中较强的面内磁交换关联强度和较弱的层间磁性耦合的结果有着显著区别。目前对于镍氧化物高温超导机理有很多不同的认识，但多种理论都认为层间耦合发挥了重要作用。镍的层间耦合需要通过层间顶点氧形成超交换(见图a)，而双层间的顶点氧空位会直接破坏层间耦合，进而破坏镍氧化物中压力下的高温超导电性。因此，该工作不仅测量到了常压下多晶样品La3Ni2O7-δ的自旋激发、确定了双层镍氧化物中独特的磁交换耦合强度，还为理解镍氧化物高温超导机理及层间顶点氧的作用提供了重要实验依据。
La3Ni2O7-δ的晶体结构与实验及计算所得的自旋激发谱
（a）La3Ni2O7-δ的晶体结构；（b）动态磁化率随动量的变化关系；（c）低温与高温自旋激发的差值；（d）和（e）单自旋-电荷条纹相的自旋排列与相应的自旋激发计算结果；（f）和（g）为双自旋条纹相的自旋排列与相应的自旋激发计算结果。
Tao Xie, Mengwu Huo, Xiaosheng Ni, Feiran Shen, Xing Huang, Hualei Sun, Helen C. Walker, Devashibhai Adroja, Dehong Yu, Bing Shen, Lunhua He, Kun Cao, Meng Wang. Strong interlayer magnetic exchange coupling in La3Ni2O7-δ revealed by inelastic neutron scattering. Science Bulletin 2024;69(20):3221-3227. https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.07.030
