$5d^2$ 双钙钛矿中多极物理的归宿

在立方环境中，自旋轨道耦合的 $5d^2$ 离子的基态是非 Kramers 的 $E_g$ 双重态，其承载四极矩与八极矩。一系列 $5d^2$ 锇双钙钛矿 Ba$_2M$OsO$_6$（M = Mg、Ca、Zn、Cd）近期被提出展现多极序。我们利用第一性原理计算研究了这些材料的结构性质，发现 Cd 化合物立方结构不稳定，而 Mg、Ca 和 Zn 材料保持 $Fm\bar{3}m$ 对称性。我们表明 Ba$_2$CdOsO$_6$ 偏好以 $a^-a^-a^-$ 八面体倾转为特征的菱方 $R\bar{3}$ 结构，这由不稳定的 $\mathcal{T}_{1g}$ 声子模所指示。三角畸变将激发的 $T_{2g}$ 三重态分裂为 $E'_g$ 双重态与 $A_g$ 单态，其可能与 $E_g$ 双重态发生能级交叉并压制多极物理。我们找到了在三角畸变下 $E_g$ 仍保持最低能量态的窗口，使得多极相可在非立方晶体环境中涌现。