Sr$_2$IrO$_4$ 中的各向异性晶格压缩与压力诱导电子相变

我们利用同步辐射 X 射线粉末衍射在高达 $P=43$ GPa 的静水压及低至 $20$ K 的温度下研究了 Sr$_2$IrO$_4$ 的晶格。在我们分辨率与灵敏度范围内，四方晶胞在整个研究压力区间得以保持。c 轴压缩率 $\kappa_c(P,T) \equiv -({1} / {c}) ({d c} / {d P})$ 在固定 $T=20$ K 时于 $P_1=17$ GPa 处呈现随压力的异常，而在 $T=300$ K 时未观察到该异常；与之相对，$\kappa_a(P,T)$ 几乎与温度无关并随 $P$ 呈线性行为。$\kappa_c(P,T)$ 中的异常与长程磁有序的起始相关，这由固定 $P=13.7 \pm 0.5$ GPa 下晶格参数温度依赖性的分析所证实。在固定 $T=20$ K 时，四方伸长率 $c/a(P,T)$ 随压力逐渐增大，并在 $P_2=30$ GPa 以上出现衰减，表明存在轨道转变并可能标志着 $J_{eff}=1/2$ 自旋轨道纠缠态的崩塌。我们的结果支持在该原型自旋轨道 Mott 绝缘体中，低温下由晶格所感知并因而可被探测的压力诱导电子基态之间的相变或交叉。