Li 掺杂的 kagome 自旋液体化合物
强关联电子
2018-10-17 v2 材料科学
摘要
Herbertsmithite 与 Zn 掺杂的 barlowite 是实现二维带隙 kagome 自旋液体的两种化合物。理论上曾提出，对量子自旋液体进行电荷掺杂会产生奇异金属态，例如高温超导。然而，近期一项关于成功实现 Li 掺杂 herbertsmithite 的实验显示，即使在重掺杂情形下仍出人意料地呈现绝缘态，这很难用多体物理解释。利用第一性原理计算，我们全面研究了这两种化合物的 Li 插层掺杂效应。对于 Li 掺杂 herbertsmithite，我们确定了 Li 的最优位置在 Cl-(OH)-Cl 五面体位点，而非先前推测的 Cl-(OH) 四面体位点。随着 Li 掺杂浓度增加，由于 Li 向 Cu 离子的电荷转移，饱和磁化强度线性下降。此外，我们发现 Li 与邻近的 (OH) 和 Cl 离子形成化学键，降低了周围化学势并束缚电子，局域电荷分布证实了这一点，从而解释了实验测得的绝缘行为。尽管 Zn 掺杂 barlowite 与 herbertsmithite 结构不同，其在 Li 掺杂下表现出相同特征。我们得出结论：对这类 kagome 自旋液体进行 Li 掺杂无法实现奇异金属态，应进一步探索其他方法，例如具有不同价电子的元素替代。
引用
@article{arxiv.1712.06791,
title = {Li doping kagome spin liquid compounds},
author = {Wei Jiang and Huaqing Huang and Jiawei Mei and Feng Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.06791},
year = {2018}
}
备注
6 figures