近年来，镍酸盐中高温超导电性的发现，引发了对层状镍氧化物的广泛关注。杨乐仙课题组与合作者对双层和三层块体镍氧化物常压下的电子行为开展了一系列研究，不仅揭示了镍氧化物中轨道选择的电子关联性质，而且对比了镍基和铜基超导材料中微观相互作用的差别，为理解两类非常规超导家族的电子结构和超导行为提供了重要的实验信息[Chin. Phys. Lett. 41，0874012 (2024); Phys. Rev. Lett. 135, 146506 (2025); Sci. Bull. 70, 180 (2025); Phys. Rev. X 15, 021005 (2025)]。

然而，多层结构的镍氧化物中的层间耦合与层内相互作用彼此交织，使得镍氧平面内的本征电子行为难以直接研究。单层结构的镍氧化物的层间相互作用很弱，是研究镍氧平面内本征电子行为的理想平台。对其电子结构的研究将为理解镍氧化物的新奇物性提供重要参照。近日，杨乐仙课题组与合作者利用高分辨角分辨光电子能谱系统研究了单层结构的镍酸盐La_1.4Sr_0.6NiO₄的电子结构。实验发现，其费米面由沿两个垂直方向近乎平直的线段构成,显示出准一维电子结构的特征[图一(a)]。实验还观测到轨道依赖的能带重整化以及费米能级以下约260毫电子伏处的高能“扭折”，揭示了镍氧层内的强电子关联效应。

与常规金属不同，La_1.4Sr_0.6NiO₄在费米能级附近谱重受到显著抑制 [图一(b)]。在较大的温度范围内，实验能谱可以由拉廷格（Luttinger）液体模型描述[图一(c)]；不同温度下的能谱可以通过幂律缩放坍缩到同一标度函数；费米能级处谱强度随温度的变化也给出了相近的幂律指数。此外，在理论仅预言一条能带的位置，实验分辨出了两支不同的色散结构[图一(d)]，与一维关联体系中自旋—电荷分离的能谱特征相似。结合幂律谱和温度标度行为，这些结果共同支持了单层镍酸盐中的类Luttinger液体的物理图像。

图一：(a) La_1.4Sr_0.6NiO₄的方形晶格与独特的平直费米面。(b) La_1.4Sr_0.6NiO₄在21 K和185 K下沿高对称方向的色散。(c)利用拉廷格液体模型对La_1.4Sr_0.6NiO₄不同温度的能量分布曲线的拟合。(d)实验观察到的自旋电荷分离的证据。

这一研究的特别之处在于，材料本身并不具有通常承载一维电子行为的链状晶体结构。研究团队提出，近似方形的费米面几何可能使二维镍氧平面中的低能电子激发呈现等效的一维特征。这表明，电子行为的有效维度不仅取决于晶体结构，也与费米面几何及电子相互作用密切相关。该工作为探索低维关联物理提供了新的材料平台，也为理解多层镍酸盐中的非费米液体行为及层间耦合的作用提供了新的视角。

相关成果以“单层镍酸盐中Luttinger液体行为的能谱证据”（Spectroscopic evidence of Luttinger liquid behavior in a single-layer nickelate）为题，发表于《物理评论X》（Physical Review X）。清华大学物理系2023级博士研究生胡因启为论文第一作者，清华大学物理系杨乐仙、牛津大学及上海科技大学陈宇林、中国科学技术大学王义林、上海科技大学齐彦鹏为共同通讯作者。该工作由清华大学与上海科技大学、牛津大学、中国科学技术大学等单位合作完成，并得到同步辐射实验平台的支持。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/744w-ln1x