持久绝缘体：强自旋轨道耦合 Sr2IrO4 在兆巴压强下避免金属化
强关联电子
2020-04-21 v1
摘要
通常预期，随着原胞收缩、电子带宽展宽以填满绝缘能带隙，绝缘态会在高压下崩溃而让位于涌现的金属态。本文报道一种罕见的绝缘态，在反铁磁铱酸盐 Sr2IrO4 中持续存在至至少 185 GPa，该材料是典型的自旋轨道驱动的 Jeff = 1/2 绝缘体。本研究表明，单晶 Sr2IrO4 的电阻起初随施加压强下降，在 32 - 38 GPa 区间达到极小值，随后在压强进一步增至 185 GPa 时急剧上升并完全恢复绝缘态。我们的同步辐射 X 射线衍射与拉曼散射数据显示，电阻快速上升的起始伴随结构相变，由本征四方 I41/acd 相转变为正交 Pbca 相（对称性大幅降低），相变发生于 40.6 GPa。这两个异常的清晰对应关系是理解兆巴压强下绝缘态稳定性的关键：尽管本研究达到的最高压强下体积压缩达 26%，压强诱导的严重结构畸变阻止了预期的金属化。此外，Sr2IrO4 的电阻在施加压强从 61 GPa 增至 185 GPa（三倍）时保持稳定。这些结果表明，在兆巴压强下，一种新型电子库仑关联补偿了强自旋轨道耦合材料中预期的带宽展宽。
引用
@article{arxiv.1910.10291,
title = {Persistent Insulator: Avoidance of Metallization at Megabar Pressures in Strongly Spin-Orbit-Coupled Sr2IrO4},
author = {Chunhua Chen and Yonghui Zhou and Xuliang Chen and Tao Han and Chao An and Ying Zhou and Yifang Yuan and Bowen Zhang and Shuyang Wang and Ranran Zhang and Lili Zhang and Changjing Zhang and Zhaorong Yang1 and Lance E. DeLong and Gang Cao},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.10291},
year = {2020}
}
备注
5 figures