半金属 hollandite K$_{2}$Cr$_{8}$O$_{16}$ 的结构不稳定性与 Mott-Peierls 相变

为了探究准一维 hollandite K$_{2}$Cr$_{8}$O$_{16}$ 中伴随发生的金属-绝缘体相变和结构相变的驱动机制，我们采用 {\it ab initio} 密度泛函理论（DFT）计算研究了其电子结构与声子性质。我们发现，反映结构不稳定性的虚声子频率仅出现在 DFT+$U$（$U$：库仑关联）计算中，这表明库仑关联在结构相变中起着关键作用。X 点软化声子的晶格位移完美地解释了在 K$_{2}$Cr$_{8}$O$_{16}$ 中观测到的晶格畸变，表明 X 点的 Peierls 畸变矢量为 {\bf Q} (0, 0, 1/2)。电子与声子性质的综合研究表明，半金属 K$_{2}$Cr$_{8}$O$_{16}$ 在降温时发生关联辅助的 Peierls 相变，在低温下转变为 Mott-Peierls 铁磁绝缘体。