5d过渡金属氧化物的数值计算模拟研究

电子关联效应能够导致非常丰富的物理特性，一直是人们高度关注的热点和难点课题。电子的自旋轨道耦合也对材料的性质有特别的影响，尤其是最近人们发现自旋轨道耦合将导致一种全新的物理现象：拓扑绝缘体。5d元素既有着大的自旋轨道耦合，也有着不可忽略的电子关联作用。所以系统的研究5d过渡金属氧化物有重要的学术价值和巨大的应用前景。本项目拟用LDA+DMFT方法和有效模型分析相结合研究5d过渡金属氧化物。重点研究Os, Ir, Pt等5d元素的尖晶石结构、烧绿石结构和双钙钛矿结构氧化物。研究晶体结构、压力、替代式掺杂对材料物理性质的影响。着重探讨电子关联和自旋轨道耦合共同作用对材料的独特影响。探寻可能的新拓扑量子态（如：有特别磁电响应的Axion绝缘体、有特别费米面的拓扑Dirac金属等）。找寻可能的低场下发生金属绝缘体相变的材料。为设计包含5d电子的具有特殊性质的材料提供理论依据

通过四年的努力，项目对以5d过渡金属材料体系为代表的强自旋轨道耦合电子关联体系物性研究上取得了进展。主要的工作为：(1)预言5d过渡金属氧化物CaOs2O4和SrOs2O4是具有特别磁电响应的Axion绝缘体；(2)定出5d过渡金属氧化物NaOsO3的磁基态并确认其为Slater绝缘体；(3)5d过渡金属氧化物LiOsO3奇异“铁电金属”结构转变机制研究；(4)成功预言压力诱导5d过渡金属二硫族化合物WTe2拱形超导；(5)预言强自旋轨道耦合体系电声子耦合导致p波超导体；(6)预言电荷密度波(CDW)不稳定诱导的新型层状BiS2超导；(7)预言XYBi(X=Ba,Eu; Y=Cu,Ag,Au)等强自旋轨道耦合体系里面有拓扑半金属。共完成学术论文21篇，其中1篇Physical Review Letters；2 篇Nature Communications；6 篇Physical Review B；2 篇Scientific Reports。