非常规高温超导是当代凝聚态物理中最重要的研究领域之一。2023年在镍氧化物La3Ni2O7中发现了高压下转变温度高达80K的超导电性。这迅速引起了全世界超导领域的广泛关注。研究La3Ni2O7在常压下的电子结构和关联效应有助于理解高压下的高温超导电性。前期，闻海虎教授团队利用红外光谱技术测量了La3Ni2O7的反射率谱并转换成为光电导谱，发现了T* ~ 115 K的相变在费米面上打开了一个部分能隙，并结合理论计算说明该材料中存在强电子关联效应【Nat. Commun. 15, 7570 (2024)】，这一工作为理解La3Ni2O7的电子态提供了实验支持。
最近，南京大学物理学院闻海虎教授团队与中山大学姚道新教授团队、王猛教授团队合作，首次利用扫描隧道显微镜(STM)测量了La3Ni2O7单晶，获得了不同偏压下的隧道谱（图1a,b），并与密度泛函结合动力学平均场理论计算的结果（图1c,d）进行对比。在EF附近的大尺度能量范围的隧道谱(图1a)存在能隙特征 (0.7-1.4 eV)，并与理论计算对照，表明体系可能有较强的关联效应。EF附近的小尺度能量范围的隧道谱(图1b)存在部分打开的能隙，能隙边缘在约−92 meV和+98 meV。与理论计算对比，该能隙可能对应于Ni-3dz2主导的成键和反键态以及密度波的共同作用。而EF附近残存有限的态密度，其可能来源于关联较弱的Ni-3dx2−y2带。该工作为进一步理解该体系中的超导电性和其它竞争序提供了信息。
图1 (a) 能量范围±1.4 V范围内的隧道谱，插图展示了能量范围±700 mV范围内的隧道谱。(b) 能量范围±300 mV的隧道谱以及隧道谱二阶导的D(V)曲线。(c) 总态密度和轨道投影态密度。(d) 能带结构及其轨道贡献。
该最新成果发表在Phys. Rev. B 110, 134520 (2024)。南京大学物理学院的博士生范圣泰为该论文的第一作者，南京大学的闻海虎教授和中山大学的姚道新教授为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、固体微结构物理国家重点实验室、广东省磁电物性分析与器件重点实验室以及人工微结构科学与技术协同创新中心的支持。