U(1)奴隶自旋理论及其在铁基超导体多轨道模型莫特转变中的应用

我们为多轨道Hubbard模型引入了一种U(1)奴隶自旋表示。与L. de'Medici等人（Phys. Rev. B 72, 205124 (2005)）的$Z_2$形式一样，该方法将物理电子算符表示为奴隶自旋和辅助费米子算符的乘积。对于非简并多轨道模型，我们的U(1)方法的优势在于它在平均场层面捕捉了无相互作用极限。对于单轨道或简并多轨道系统，U(1)和$Z_2$奴隶自旋方法在奴隶自旋凝聚相中给出相同结果。一般而言，U(1)奴隶自旋方法包含U(1)规范冗余，并正确描述了莫特绝缘相。我们应用U(1)奴隶自旋方法研究了母体铁基超导体五轨道模型中的金属-绝缘体转变。我们展示了该模型中随相互作用变化的莫特转变。莫特绝缘态的性质受到洪德耦合和晶体场劈裂之间相互作用的影响。在金属相中，当洪德耦合超过某个阈值时，存在从弱关联金属到强关联金属的交叉，通过该交叉准粒子谱权重迅速下降。这种强关联金属相的存在支持了母体铁基超导体的初始莫特图像。在该相的参数区域以及莫特转变附近，我们发现轨道选择莫特态具有几乎同样有竞争力的基态能量。