母体及电子掺杂铱酸盐 Sr$_2$IrO$_4$ 中的关联效应与隐藏自旋 - 轨道纠缠电子序

人们长期以来一直在过渡金属氧化物中寻找高温铜氧化物的类似物。由于强自旋轨道耦合 (SOC)，$5d$ 钙钛矿铱酸盐 Sr$_2$IrO$_4$ 表现出与铜氧化物 remarkably 相似的低能电子结构。是否存在像铜氧化物那样的超导态，需要理解关联的自旋 - 轨道纠缠电子态。最近的实验在母体和电子掺杂的铱酸盐中发现了隐藏序，其中一些与铜氧化物有着惊人的相似之处，包括费米面口袋、费米弧和赝能隙。在此，我们研究了基于能带理论导出的五轨道模型中的关联和无序效应。我们发现，实验观测结果与一种 $d$ 波自旋 - 轨道密度波序一致，该序破坏了联合的双重自旋 - 轨道旋转随后进行晶格平移的对称性。由于电子在 Ir 原子间跳跃时的自旋进动，存在一个贝里相位和一个 plaquette 自旋通量，类似于量子自旋霍尔绝缘体中的位点间 SOC。相关的交错环流 $J_\text{eff}=1/2$ 自旋流可以通过自旋电子学中先进的自旋流探测技术进行探测。这种电子序可以从空间扩展的铱 $5d$ 轨道之间的位点间库仑相互作用中自发产生，将金属态转变为电子掺杂的准二维狄拉克半金属，这对最近实验提出的可能超导态具有重要意义。