铜氧化物中的局域单胞内序参量

从将格点希尔伯特空间简化为仅三个有效价态中心（名义上为 Cu$^{1+,2+,3+}$）出发，我们提出了一种描述铜氧化物中局域单胞内 (IUC) 序参量的统一方法。该模型的核心观点是出现了三种价态的非传统格点量子叠加，其特征是不同的空穴占据数 $n_h$=0,1,2，Cu$^{2+}$ 中心的传统自旋 s=1/2 以及 Cu$^{1+,3+}$ 中心的 s=0，以及不同的轨道对称性：Cu$^{2+}$ 中心基态为 $B_{1g}$，而 Cu$^{1+,3+}$ 中心分别为 $A_{1g}$。后者确实导致了自发轨道对称性破缺，并出现了具有 $B_{1g}\propto d_{x2-y2}$ 对称性的 IUC 轨道向列序参量。为了描述量子局域电荷有序，我们开发了一个 S=1 赝自旋模型。混合价态叠加的传统自旋密度 $\rho_s$ 可根据叠加中 Cu$^{2+}$ 中心的权重在 0 到 1 之间变化。我们表明，超导性和自旋磁性是非共生现象，具有竞争的序参量。此外，我们认为，铜氧化物中空穴 Cu$^{3+}$ 中心的基态不应描述为孤立良好的 Zhang-Rice (ZR) 单态 $^1A_{1g}$，而应描述为由传统的杂化 Cu 3d-O 2p $b_{1g}(\sigma)\propto d_{x^2 -y^2}$ 态与具有 $a_{2g}(\pi)$ 和 $e_{ux,y}(\pi)$ 对称性的纯氧非键合 O 2p$\pi$ 态之间的竞争形成的复杂 $^1A_{1g}$-$^{1,3}B_{2g}$-$^{1,3}E_u$ 多重态。与不活跃的 ZR 单态相比，我们得出了几种新的竞争性 IUC 轨道和自旋 - 轨道序参量，例如电偶极矩和四极矩、类伊辛净轨道磁矩、轨道环流矩以及类伊辛氧轨道磁矩的胞内交错有序。