烧绿石晶格畸变过渡金属氧化物中竞争性奇异拓扑绝缘体相

在这项工作中，我们研究了烧绿石晶格上重（4d和5d）过渡金属氧化物的相图，例如形式为$\mathrm{A_2M_2O_7}$的氧化物，其中A是稀土元素，M是过渡金属元素。我们重点关注当这些能量尺度相当时，库仑相互作用、自旋轨道耦合和晶格畸变之间的竞争。强自旋轨道耦合将自旋和$t_{2g}$ $d$轨道纠缠在一起，产生双重态$j=1/2$和四重态$j=3/2$态。与之前专注于双重态流形的研究不同，我们还讨论了与几种烧绿石氧化物相关的四重态流形。通过使用奴隶转子平均场理论考虑库仑相互作用，并研究了进一步分裂四重态$j=3/2$流形能级的各类晶格畸变。预测了各种拓扑相，包括奇异的强和弱拓扑莫特绝缘相。我们讨论了针对几个$d$壳层填充值和不同对称类晶格畸变的相图的一般结构。我们的结果对于在具有强自旋轨道耦合的强关联材料中寻找奇异拓扑绝缘体和量子自旋液体具有参考价值。