Ca2RuO$_4$中负热膨胀的自旋-轨道机制
强关联电子
2023-03-10 v1
摘要
负热膨胀（NTE）现象是指材料在热冷却时晶格参数与单胞体积增大的现象。NTE通常与热声子及低温下的反常自旋-晶格耦合相关。然而，在多轨道系统中存在强电子关联时的潜在机制尚未完全确立。在此，我们通过聚焦于层状CaRuO中每个Ru离子位点为构型的物理情形，研究了晶格畸变存在下库仑相互作用对产生NTE效应的作用。我们采用Slater-Koster参数化，通过杂化对Ru-O-Ru键角的依赖来描述电子-晶格耦合。通过在有限尺寸团簇上完全求解多轨道多体问题，评估有限温度自由能极小值，使我们能够确定系统易于表现NTE效应的 regime。分析表明，自旋-轨道关联的性质与冷却导致键角减小进而趋向NTE相关。通过过渡金属替代使电子与轨道构型从转变为被证明有利于CaRuO中NTE的发生，这证实了上述结论。该发现与实验中观察到的CaRuO化合物中NTE效应显著依赖于过渡金属替代的现象一致。
引用
@article{arxiv.2303.04951,
title = {Spin-orbital mechanisms for negative thermal expansion in Ca2RuO$_4$},
author = {Wojciech Brzezicki and Filomena Forte and Canio Noce and Mario Cuoco and Andrzej M. Oleś},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.04951},
year = {2023}
}
备注
20 pages, 14 figures, published in Physical Review B