烧绿石铱酸盐的电子结构：从拓扑狄拉克金属到莫特绝缘体

在5d过渡金属氧化物（如铱酸盐）中，新颖的性质源于电子关联和自旋-轨道相互作用的相互影响。我们利用密度泛函理论、LDA+U方法和有效低能模型研究了烧绿石铱酸盐（例如Y$_{2}$Ir$_{2}$O$_{7}$）的电子结构。在调节关联强度U时，出现了一个异常丰富的相图。Ir磁矩总是呈现非共线有序。然而，基态从弱U时的磁性金属转变为强U时的莫特绝缘体。最有趣的是，中间U区域被发现是一个狄拉克半金属，在费米能级处态密度为零。它还表现出拓扑性质——表现为费米弧形式的特殊表面态，连接体狄拉克点。这个狄拉克相是石墨烯的三维类似物，被提出作为Y$_{2}$Ir$_{2}$O$_{7}$及相关化合物的基态。在中间U区域可能还存在一个狭窄的磁性“轴子”绝缘体窗口，其轴子参数$\theta=\pi$。施加磁场会诱导铁磁序和金属基态。