层状锰氧化物中电荷/轨道有序态的角分辨光电子能谱研究

在关联电子系统中，电子的电荷、自旋、轨道以及晶格等自由度之间复杂的相互作用可以导致电荷有序、轨道有序、条纹相等新型量子态。这些在实空间有序的量子态与动量空间中电子行为之间的关联与相互影响仍然是一个未被深入研究的重要课题。本项目将以层状钙钛矿锰氧化物为平台来进行这方面的探索。在现阶段，人们对层状钙钛矿锰氧化物中的各种有序量子态随掺杂和温度的演化规律已经有了深入的了解。在这个基础上，本项目将利用角分辨光电子能谱研究La2-2xSr1+2xMn2O7 （0.3<x<0.6）和La1-xSr1+xMnO4的能带结构、准粒子行为、轨道特征等随掺杂和温度的演化规律，并结合已知的电荷有序、轨道有序以及条纹相等量子态的信息，研究这些量子态与动量空间中电子结构的关联，探讨这些量子态对电子的能带结构和准粒子行为的影响，以及与轨道自由度相关的重要电子结构特征。本项目也能够部分的揭示各自由度之间如何相互影响。

本项目是利用角分辨光电子能谱研究双层锰氧化物La2-2xSr1+2xMn2O7中电荷、自旋、轨道和晶格等自由度之间的复杂相互作用如何随温度、掺杂等演化，以及他们与电荷有序、轨道有序和条纹相等之间的关联，并在此基础上对一些强关联电子的普适行为做一些探索。我们发现La2-2xSr1+2xMn2O7中的费米面nesting行为与超晶格周期结构间有基本一致的趋势，这种关联性表明动量空间中电子能带结构与实空间中晶格的周期性调制有明显的关联。与电荷密度波体系类似，我们证明La2-2xSr1+2xMn2O7中非公度的电荷和轨道周期性调制来源于动量空间中费米面的nesting行为，但是La2-2xSr1+2xMn2O7中动量空间与实空间的关联涉及到较大能量范围内的谱权重的转移。这些结果对理解关联电子体系的一般性特点和物理行为提供了丰富的实验依据。铁磁锰氧化物也被很多人认为是一种比较好的half metal候选材料，对物理模型和实际应用都有重要的意义，但是此前没有确定的证据表明这种材料是半金属。我们研究了La2-2xSr1+2xMn2O7(x=0.38)样品的电子结构，并结合能带结构的计算，我们可以确定在不同约束条件下这种材料的自旋极化率，并证明在输运情况下，这种材料表现出half metal行为。