铱氧化合物中自旋轨道耦合诱导的金属绝缘相变的理论研究

Recently, Ir-oxides have attracted considerable interest in condensed matter physics. Many fascinating physical phenomena have been discovered or proposed in these materials, such as spin-orbital Mott insulator Sr2IrO4, superconductor Sr2IrO4, topological insulator Na2IrO3, topological semi-metal Y2Ir2O7 and quantum spin liquid Na4Ir3O8. On the other hand, how to understand the basic electronic structures of Ir-oxides is still under hot debate, which can be owing to the complicated interplay of spin-orbit coupling and electron correlations. This research will focus on the spin-orbital insulators of Sr2IrO4 and Na2IrO3, the two representative compounds of Ir-oxides. The DFT+U+SO method will be employed to obtain numerical results, and then the downfolding technique will be applied to build tight-binding models. Within parameter space, the tight-binding models will be carefully analyzed to understand the various interplays of spin-orbit coupling and electron correlations in different systems. The aim this research is to construct reasonable electronic models for Ir-oxides. Based the refined picture, theoretical explanations shall be presented for some novel phenomena. We hope that these efforts can promote the related experimental researches.

铱氧化合物(Ir-oxides)是近期凝聚态领域内备受关注的一类体系。许多新奇的物理现象在这一系列材料中被发现或预言，如Sr2IrO4中的金属-绝缘相变、Sr2IrO4中的超导电性、拓扑绝缘体Na2IrO3、拓扑半金属Y2Ir2O7、量子自旋液体Na4Ir3O8。另一方面，对于这类化合物基本电子结构的理解还存在着激烈的争论，这源于其中自旋轨道耦合与电子关联复杂的相互作用。本项目以Sr2IrO4和Na2IrO3这两类自旋轨道绝缘体为研究对象，先利用DFT+U+SO计算得到数值结果，再采用downfolding技术构建紧束缚模型。通过在参数空间对紧束缚模型的分析，以求理解自旋轨道耦合与电子关联在不同体系中的相互作用方式。这项研究的目的是为铱氧化合物构建合理的电子结构模型，在此基础上对一些反常的物理现象做出理论解释，以此推动实验研究的进展。

铱氧化合物(Ir-oxides)是近期凝聚态领域内备受关注的一类体系。许多新奇的物理现象在这一系列材料中被发现或预言，如Sr2IrO4中的金属-绝缘相变、Sr2IrO4中的超导电性、拓扑绝缘体Na2IrO3、拓扑半金属Y2Ir2O7、量子自旋液体Na4Ir3O8。另一方面，对于这类化合物基本电子结构的理解还存在着激烈的争论，这源于其中自旋轨道耦合与电子关联复杂的相互作用。本项目以Sr2IrO4和Na2IrO3这两类自旋轨道绝缘体为研究对象，先利用DFT+U+SO计算得到数值结果，再采用downfolding技术构建紧束缚模型。通过在参数空间对紧束缚模型的分析，以求理解自旋轨道耦合与电子关联在不同体系中的相互作用方式。这项研究的目的是为铱氧化合物构建合理的电子结构模型，在此基础上对一些反常的物理现象做出理论解释，以此推动实验研究的进展。.整个项目基本按计划完成。具体研究体系包括Sr2IrO4、Ca3Ru2O7、PbTe等体系，其中Ca3Ru2O7、Sr2IrO4均为铱氧化合物相关体系，PbTe则具有很强的自旋轨道耦合效应，研究其中的反常物理效应对丰富凝聚态物理图像具有重要意义。在国际著名期刊发表学术论文5篇，另有3篇在投审稿。