具有 $(t_{2g})^5$ 电子的三轨道 Hubbard 模型中自旋轨道耦合诱导的奇异绝缘体

基于多轨道动力学平均场理论，研究了具有相对论自旋轨道耦合 (SOC) 的三轨道 Hubbard 模型在每个格点五个电子的情况。数值计算采用基于强耦合展开的连续时间量子 Monte Carlo (CTQMC) 方法进行。我们发现，适当选择基组，即最大自旋轨道纠缠基组，可以极大地改善 CTQMC 计算中的符号问题，从而使我们能够精确处理完整的 Hund 耦合和 pair hopping 项。这种改进对于在 SOC 显著影响电子结构的大 SOC 区域达到低温也至关重要。我们表明，对于固定的库仑相互作用，SOC 会诱导金属 - 绝缘体转变。较小库仑相互作用下的绝缘态呈现反铁磁有序，具有局域有效总角动量 $j=1/2$，其中基于 $j=1/2$ 的能带本质上是半满的，而基于 $j=3/2$ 的能带完全被占据。更有趣的是，对于较大的库仑相互作用，我们发现出现了一种激子绝缘态，其中发生了基于 $j=1/2$ 和 $j=3/2$ 能带中的电子 - 空穴对凝聚。讨论了激子绝缘体的起源及其实验意义。