Ruddlesden-Popper铱氧化物中的三维电子结构与金属-绝缘体转变

在本研究中，我们利用软X射线 (SX) 角分辨光电子能谱 (ARPES) 系统地研究了Ruddlesden-Popper型铱氧化物 Sr$_{n+1}$Ir$_n$O$_{3n+1}$ 的三维动量($\hbar k$)分辨电子结构。我们的结果提供了绝缘体到金属转变的直接证据，该转变随着IrO$_2$平面结构维度的增加而发生。当自旋-轨道耦合的 $j_{\rm eff}$=1/2 能带在色散关系中的行为发生变化并穿过费米能量时，这一转变就会发生。此外，发现沿 $\Gamma$(0,0,0)-R($\pi$,$\pi$,$\pi$) 方向出现的一条新能带对 SrIrO$_3$ 的金属特性起着关键作用。通过扫描超过350 eV的光子能量，我们揭示了 SrIrO$_3$ 中的三维费米面和 Sr$_3$Ir$_2$O$_7$ 中光电子强度的 $k_z$ 依赖振荡。与先前使用低能光子报道的结果相比，由晶格畸变和/或磁有序产生的折叠能带对 $k$ 分辨光电子能谱的贡献显著微弱（但有限）。乍看之下，这导致了一个模糊的结果，即观测到的 $k$ 空间拓扑与源自非真实简单正方或立方Ir晶格的展开布里渊区 (BZ) 图像一致。通过仔细分析，我们确定在使用紫外和SX区域光子获得的ARPES谱中观测到了折叠和展开能带结构的叠加。为了确证低能ARPES研究推导出的物理，我们提议利用SX-ARPES作为一种强大的互补技术，因为该方法探测超过一个完整的BZ，并提供电子结构的全景视图。