杂质诱导的阻挫：稀释氧化物的低能模型

我们详细推导了低掺杂极限下Zn稀释La2CuO4的低能模型，并研究了该模型的基态性质。我们在三带Hubbard模型框架内考虑Zn掺杂的La2CuO4，该模型在最相关原子轨道的能量尺度上紧密描述了高温铜氧化物。定性上，我们发现锌和氧轨道的杂化可以产生能量为$\varepsilon$的杂质态，该能量低于有效Hubbard能隙U。低能自旋哈密顿量包含$t^2/U$和$t^4/\varepsilon^3$量级的项。也就是说，除了通常的最近邻超交换J项（量级$t^2/U$）外，低能模型还包含杂质介导的、更远邻的阻挫相互作用，这些相互作用发生在原本无阻挫的反铁磁背景中Cu自旋围绕Zn位点的周围。当$\varepsilon \sim U/2$时，这些项可能很大，后者对应于实际的CuO2参数。为了验证这个纯自旋模型，我们随后应用T矩阵方法研究杂质对反铁磁序参量的影响。先前仅包含杂质稀释效应的理论研究在低掺杂下交错磁化强度对掺杂的依赖性上与实验数据存在较大差异。我们证明，通过将杂质诱导的阻挫纳入具有实际CuO2参数的有效自旋模型，这种差异被消除了。最近的实验研究表明，与Mg掺杂情况相比，Zn掺杂La2CuO4中自旋刚度的抑制显著更强，这为我们的理论提供了有力支持。我们认为，所提出的杂质诱导阻挫在其他强关联氧化物和电荷转移绝缘体中应该很重要。