过渡金属化合物的有效哈密顿量：在Na_xCoO_2中的应用

我们描述了一种为包含非金属（如O、P或As，下文以O为代表）和作为电子结构活跃部分的过渡金属（M）的高度关联系统构造低能有效哈密顿量H_eff的简单方案，该方案从包含所有M d轨道和所有非金属p轨道的起始哈密顿量中消去了O的自由度。我们计算了源于库仑排斥的d电子之间的所有相互作用项，作为三个参数（F_0、F_2和F_4）的函数，并将它们写入适合M周围立方、四方、四面体或六角对称性的轨道基中。该方法基于精确求解（如有必要则数值求解）包含过渡金属原子及其n个最近邻O原子的MO_n团簇（例如钴酸盐中的CoO_6团簇，或铜氧化物中的CuO_n团簇，其中n取决于顶点O原子的数量），并将它们映射到仅包含d空穴的具有相同对称性的多体态中。我们以Na_xCoO_2为例说明了该过程。由此得到的包含三角畸变D的H_eff最近已被研究，其电子结构与角分辨光电子能谱吻合良好[A. Bourgeois, A. A. Aligia, and M. J. Rozenberg, Phys. Rev. Lett. 102, 066402 (2009)]。尽管H_eff仅包含3d t_2g空穴，但它们所代表的高度关联态不仅包含大量的O 2p空穴，还包含大量的3d e_g空穴。当加入更多空穴时，会发生显著的电荷重新分布。作为这些事实的结果，t_2g态之间有效相互作用的最终值小于先前的假设，这使得D在使费米面仅在布里渊区中心周围获得单一费米面片（无额外口袋）方面的影响变得更为重要。