5d锇系烧绿石结构氧化物新材料探索与物理性质研究

The 5d oxides have very complicated interactions, such as competition among the electron correlation, spin-orbit coupling, crystal field splitting, Hund's coupling, etc. which have comparable energies, and also coupling among freedoms of charge, spin, orbit, lattice, etc. These interactions are capable of promoting exotic quantum phenomena, such as the spin-orbit coupling assisted Mott insulating state, magnetic ordering driven metal-insulator transition, topological states, spin liquid behavior, and so on. These make the 5d oxides an unique family among the various transition metal oxides. We are planning to carry out studies in the quite new research field of new materials exploration and physical properties investigations of 5d osmium based pyrochlore oxides. We will aim to find novel quantum phenomena or quantum states of the new materials synthesized by employing both ambient and high pressure synthesis techniques. We will also try to establish the microscopic picture underlying the physical properties through a comprehensive characterizations on the crystal, magnetic and band structures. The studies will be expected to provide crucial information for understanding the properties of 5d electrons and contribute new theories or knowledge to condensed matter physics. It will also be expected to find out potential applications of the new materials.

5d锇系氧化物存在复杂的相互作用，如电子关联、自旋-轨道耦合、晶体场劈裂、Hund耦合等能量相近的诸多物理参量之间的竞争，以及包括电荷、自旋、轨道、晶格等多自由度之间的耦合，从而产生新奇的量子现象，如自旋-轨道耦合引起的Mott绝缘态、磁有序驱动的金属-绝缘体转变（MIT）、拓扑态、自旋液体等，因此在过渡族金属氧化物中占据独特的地位。锇系烧绿石氧化物Ln2Os2O7（Ln = 稀土及第二主族元素）探索与研究是一个崭新研究方向，本项目将利用常压及高压制备条件，系统探索锇系烧绿石结构氧化物新材料，探索新奇量子现象或量子态，并通过晶体结构、磁结构及电子结构的综合研究，建立起该体系材料物理性质的微观图像，为5d电子性质研究提供重要信息，为凝聚态物理提供崭新的基础理论知识，并开发可能的应用前景。

5d氧化物存在复杂的相互作用，如电子关联、自旋-轨道耦合、晶体场劈裂、Hund耦合等能量相近的诸多物理参量之间的竞争，以及包括电荷、自旋、轨道、晶格等多自由度之间的耦合，从而产生新奇的量子现象，如自旋-轨道耦合引起的Mott绝缘态、磁有序驱动的金属-绝缘体转变（MIT）、拓扑态、自旋液体等，因此在过渡族金属氧化物中占据独特的地位。在本项目中，我们设计并制备了多种5d锇系烧绿石及双钙钛矿锇氧化物新材料，从晶体结构、磁结构及电子结构角度开展了系统研究，发现了包括Slater MIT、“多铁金属”中Os磁矩重要作用、非平庸拓扑等重要物理性质，为认识5d电子与晶体结构类型构效关系提供了宝贵信息。此外，在项目支持下，项目负责人开展了拓扑材料探索及研究，在磁场诱导磁性拓扑材料拓扑相变、晶体结构对称性与非平庸拓扑态关联、拓扑超导候选材料等方向做出了系统性工作，取得了系列重要进展。