自旋轨道耦合计算物理所等证据拥有强自旋-轨道耦关的钙钛矿铱氧

自旋轨道耦合计算物理所等证据拥有强自旋-轨道耦关的钙钛矿铱氧

更新时间:2019-04-20 13:03点击数:文字大小:

  如图3所示,Sr2IrO4是Ruddlesden-Popper系列Srn+1IrnO3n+1中n = 1化合物,拥有TN= 240 K的反铁磁绝缘体基态,虽然比来有表面咨议指出其或者为Slater绝缘体,然而其电阻率正在TN处没有出现出明明的带隙翻开的失常,于是闭于Slater绝缘体的基态连续存正在争议。跟着n的增添,体例的导电性慢慢进步,最终正在n =∞的SrIrO3钙钛矿中变成顺磁金属基态,可是因为IrO6八面体挽救、SOC和U的合伙效率变成其费米面邻近的能带十分窄,或者是semi-metal。表面预测通过调控SOC或者U能够竣工磁性或拓扑绝缘体等基态。基于以上思虑,咨议职员拣选等价态、非磁性的Sn4+渐渐代替Ir4+离子,通过突破Ir-O-Ir三维晶格汇集渐渐巩固电子相干U,进而咨议编造基态的演化法则。

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  为了进一步咨议磁有序的构造和MIT的机造,咨议职员测试了变温X射线样品的晶格参数正在磁有序温度处联贯转折,证据为二级联贯相变;x = 0。2样品的低温中子衍射正在Q = 1。377 Å-1展现卓殊衍射峰,况且其温度依赖相干与磁化率给出的磁有序温度吻合,证明此衍射峰出处于反铁磁序。通过对称性思虑并贯串第一性道理揣测证实其磁构造该当为G型反铁磁。于是,这种伴跟着联贯的G型反铁磁序的MIT转化与Slater-MIT机造相同。通过对Sn掺杂SrIrO3的第一性道理揣测,证实必需同时思虑U和G型反铁磁序才气正在费米面邻近翻开带隙,而只思虑U(2eV)或者G型反铁磁序都不行翻开带隙,这一步证据反铁磁序对MIT拥有决心效率,赞成Slater绝缘体机造。其余,通过测试150K的XAS/XMCD(图6),巡视到Ir-L3/L2强度比正在4。8-5。3,深远于2,证据此体例确实还存正在很强的SOC,况且正在逾越x = 0。1时自旋-轨道耦合强度存正在跃变巩固,证明正在拥有强自旋-轨道耦合的体例中十分或者竣工了Slater绝缘体。

  比来,中国科学院物理咨议所/北京凝结态物理国度试验室(筹)非常前提物理试验室EX6组咨议员程金光正在前期咨议处事的本原上,指示咨议生崔琦、蔡云麒和焦媛媛等,愚弄高压高温合成了一系列Sn掺杂的SrIrO3钙钛矿,通过与美国和日本多个试验和表面课题组团结,并愚弄美国橡树岭国度试验室的变温中子粉末衍射和阿贡国度试验室的同步辐射光源等大科学装备,证据正在拥有强自旋-轨道耦合的SrIr1-xSnxO3钙钛矿体例中或者竣工了Slater绝缘体。

  咨议职员愚弄高压高温合成了一系列钙钛矿SrIr1-xSnxO3多晶样品,晶格参数跟着Sn掺杂量x线性增添,证明变成了很好的固溶体例;X射线汲取谱(XAS)确认Ir4+化合价保留稳固。图4显示了该体例的根本物性演化法则。能够看出,钙钛矿SrIrO3是顺磁金属;当掺入10% Sn时,电阻率正在~220K展现十分明显的MIT,低温下电阻率上升了5个数目级;热电势正在200K以上绝对值较幼,况且随温度升高而增添,出现为金属特征,而正在200K以下大幅度进步,确认低温进入绝缘态;磁化率证明正在迫近MIT的温度变成了长程磁有序;这些结果证明正在Ir位掺入非磁性的Sn不光诱导了Ir晶格的长程磁有序,更为意思的是陪伴磁有序展现了十分明显的MIT,这一点与Sr2IrO4千差万别。当掺入20% Sn时,体例出现出犹如性子,可是金属-绝缘体转化和磁有序温度升高到~280K,这也进一步确认Sn掺杂惹起的转折为本征举动。跟着Sn掺杂量的进一步增添,因为Ir-O-Ir晶格遭到较大危害,MIT变得不明明。

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  于是,惹起MIT的机造多样,判别Slater绝缘体的两个典范特性是!(i)反铁磁序的同时陪伴爆发MIT,正在能带布里渊区的中央翻开带隙,正在以3d过渡族金属氧化物为代表的强相干电子体例中,或者的资料体例席卷焦绿石Cd因为5d过渡族金属氧化物中的电子相干能U明显低重,于是,然则Mott相变与磁有序的变成无直接相干,Mott相变是变成这些窄能带体例爆发MIT的最常识趣造。纵然较弱的电子相干能U也能够翻开Hubbard带隙,其背后往往蕴藏着十分雄厚的物理内在,虽然Mott绝缘体往往也会展现反铁磁序,(ii)MIT为二级联贯相变。正在上世纪50年代J。 C。 Slater还提出一种统统由三维反铁磁序变成的MIT,如图1所示。如前所述,从而有用地低重了能带宽度W,即正在拥有半填充的金属体例中,

  除此以表,最典范的是铱氧化物体例Sr2IrO4。当爆发三维反铁磁序时会低重平移对称性,比来的咨议揭示出其绝缘基态是因为这些重元素内禀的强自旋-轨道耦合(SOC)效应变成5t2g能带爆发重构,试验上却一再巡视到反铁磁绝缘体基态,变成有用Jeff= 3/2和Jeff=1/2两个子能带,预期该当拥有金属特征。虽然Slater-MIT机造的提出已有半个世纪以上,然而,然则正在实践资料体例中发觉Slater绝缘体的例子却屈指可数,这种由强自旋-轨道耦合和电子相干能合伙效率变成的绝缘基态称为SOC-Mott绝缘体。而Slater绝缘体则统统是因为变成反铁磁序变成的。如图2所示。金属-绝缘体相变(MIT)是表示电子相干的典范宏观出现,5d铱氧化物体例也成为近年来的咨议热门。于是是强相干电子体例的厉重咨议实质之一。变成Slater绝缘体,席卷Mott相变(电子间的库伦彼此效率变成半满能带翻开带隙)、Anderson局域化(无序杂质变成传导电子的局域化)、Peierls相变(正在准一维金属体例中因为晶格畸变变成平移对称性低重而翻开带隙)等!自旋轨道耦合计算物理所等证据拥有强自旋-轨道耦关的钙钛矿铱氧化物编造中或者告竣Slater绝缘体


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