带隙绝缘体中关联驱动的金属与半金属相

我们利用基于杂化展开连续时间量子蒙特卡洛杂质求解器的动力学平均场理论，在一个简单的关联带绝缘体模型（即具有最近邻和次近邻跳跃（$t$ 和 $t'$）、在位排斥 $U$ 和交错势 $\Delta$ 的半满离子哈伯德模型（IHM））中，展示了具有关联驱动的金属和半金属相的丰富相图。在没有 $t'$ 时，IHM随着 $U$ 增大从顺磁带绝缘体（BI）直接转变为反铁磁莫特绝缘体（AFI）相。对于弱到中等关联，$t'$ 破坏了AF序，导致出现顺磁金属（PM）相、亚铁磁金属（FM）相和反铁磁半金属（AFHM）相，其中某一自旋取向（例如上自旋）的电子具有无隙激发，而下自旋电子是有隙的。当 $t'$ 小于阈值 $t_1$ 时，随着 $U$ 增大发生直接的、一级的BI到AFI转变，如同 $t'=0$ 的情形；对于 $t_4 < t' < \Delta/2$，BI到AFI转变经由中间的PM相发生。对于 $t' > \Delta/2$，不存在BI相，系统随着 $U$ 增大发生PM到AFI转变。在中间范围 $t_2 < t' < t_3$ 内，随着 $U$ 增大系统经历四次转变，顺序为 BI $\rightarrow$ PM $\rightarrow$ FM $\rightarrow$ AFHM $\rightarrow$ AFI；FM相在两侧 $t'$ 范围内均不存在，意味着只有三次转变。BI-PM、FM-AFHM和AFHM-AFI转变，以及PM-FM转变的一部分是连续的，而其余转变本质上是一级的。PM、FM和AFHM相分别具有在布里渊区 ($\pm\pi/2$, $\pm\pi/2$) [($\pm \pi, 0$), ($0. \pm \pi$)] 点附近的自旋对称、部分极化和完全极化的电子[空穴]口袋。