五价铱酸盐中的自旋-轨道激子及其潜在凝聚

我们研究了具有强自旋-轨道耦合的五价 Ir$^{5+}$（$5d^4$）离子的铱绝缘体中的磁激发。我们基于涉及 $J=0$（单态）、$J=1$（三重态）和 $J=2$（五重态）自旋-轨道态的局域 Ir$^{5+}$ 多重态获得了微观模型。我们得到了层状钙钛矿和双钙钛矿（特别是 Ba$_2$YIrO$_6$）中磁离子的方形和面心立方（fcc）结构上这些多重态间的有效相互作用。进一步，我们推导了以键玻色子表示的有效自旋-轨道哈密顿量，并探索了朝向磁性和四极序的可能不稳定性。此外，我们借助变分团簇微扰理论研究电荷激发，并计算了作为跳跃和库仑相互作用函数的电子电荷能隙。基于电子和磁相图，我们验证了在 Ir$^{5+}$ 铱酸盐中由于自旋-轨道激子凝聚而导致激子磁性存在的可能性。