2023年，人们在加压下的La₃Ni₂O₇单晶中发现了新型高温超导，这一突破性发现引发了学术界对镍氧化物高温超导的广泛关注和研究热情。 La₃Ni₂O₇具有独特的双层Ni-O结构，且镍离子呈现混合价态。研究其在常压下的基本相互作用及可能诱发超导配对的玻色子等特性，对深入理解高温超导机理具有重要意义。

在本研究中，我们结合X射线吸收谱（XAS）和共振非弹性X射线散射（RIXS）[图(a)]，系统研究了La₃Ni₂O₇的电子结构和磁性特征。结果显示，La₃Ni₂O₇的低能电子态主要由Ni 3d_x2-y2、Ni 3d_z2轨道及配体氧2p轨道主导，同时展现了较低的电荷转移能[图(b)]。我们还发现了一种具有显著色散的类似光学支的磁性激发，该激发在(1/4, 1/4)的面内波矢处软化为准静态的自旋密度波[图(c)]，表明该材料具有强电子关联及丰富的磁性行为。基于有效的海森堡自旋模型，我们进一步提取出显著强于层内交换的层间交换相互作用，并提出了两种可能的磁性结构[图(d)]。这些结果揭示了La₃Ni₂O₇双层结构内Ni 3d𝑧₂轨道的键合作用诱导了独特的电子及磁性激发，为进一步探索La₃Ni₂O₇高温超导性提供了重要的实验依据。

该研究成果已发表于《Nature Communications》(doi.org/10.1038/s41467-024-53863-5)，论文标题为“Electronic and magnetic excitations in La₃Ni₂O₇”。陈晓阳与Jaewon Choi为共同第一作者，封东来教授为通讯作者。

图：(a) X射线吸收谱和共振非弹性 X 射线散射的实验构型。(b) La₃Ni₂O₇的X射线吸收谱和共振非弹性X射线散射的入射能量依赖。(c) La₃Ni₂O₇的磁激发。(d) La₃Ni₂O₇可能的两种磁结构。