作为金属-绝缘体转变局域前驱的双轨道简并解除态

近期在 CuIr2S4 中发现局域涨落 t2g 轨道简并解除（ODL）态，作为金属-绝缘体转变（MIT）的高温前驱，这为在鲜有研究的高温区过渡金属基量子材料中广泛存在前驱态打开了可能。尽管在 CuIr2S4 中 ODL 态每个 Ir 包含一个轨道，但总体上并无基本理由排除多轨道 ODL 态。MgTi2O4 尖晶石在冷却至 Ts ~250 K 时呈现 MIT，伴随 Ti t2g 轨道有序（OO）与自旋二聚化，平均对称性降为四方。它与 CuIr2S4 共有具有活性 t2g 轨道的烧绿石过渡金属子晶格。这一点连同其不同的轨道填充（t2g1 对比 t2g5.5）使其成为 hosting 多轨道 ODL 前驱态的候选。通过结合 x 射线与中子对分布函数分析来追踪 MIT 跨越时的局域原子结构演化，我们发现局域四方性已存在于高温金属性全局立方相中。局域畸变至少存在至 500 K。显著的是，高温局域态与 OO 能带绝缘体基态并非连续相连，因此该转变不能刻画为平庸的有序-无序型。最短的 Ti-Ti 自旋单态二聚键在升温跨越转变时突胀，但仍短于立方结构中所见者。这些看似矛盾的现象可在局域涨落双轨道 t2g ODL 前驱态模型中理解。MgTi2O4 中的 ODL 态在高温下关联长度约 1 nm。我们讨论该局域畸变的扩展特征与由电荷填充和键电荷排斥所强加的 ODL 态双轨道性质一致。