为何使用过渡金属向某些绝缘体（包括 LK-99）中添加的电荷会局域化而不产生金属性
强关联电子
2025-01-29 v3 材料科学
摘要
虽然通过掺杂剂向半导体添加电荷是调节电子性质的成熟方法，但我们证明将过渡金属杂质引入某些绝缘体可导致在 Jahn-Teller 畸变辅助下的局域化电荷。这导致孤立电荷和绝缘材料，而非涌现态——包括超导性。我们聚焦于近期文献中讨论的添加到 Pb(PO)O（'LK-99'）中的 Cu 杂质，替换了 10% 的 Cu 离子。我们的计算表明，该材料仍是一种宽带隙绝缘体，在 Cu 离子上具有孤立的、S=1/2 局域化电荷——类似于色心——即使在标准 DFT 内也是如此，无需对 Cu d 轨道进行电子关联修正。已知需要材料为金属性的机制排除了超导性。我们解决了先前在掺杂位点能量学、晶体结构和透明性方面密度泛函理论结果与实验发现之间的不一致。我们发现 Cu 掺杂任一 Pb 位点都会导致 CuO 配位和类似的晶胞体积收缩。设计具有不同局域对称性的掺杂位点的材料可诱导非相对论自旋分裂——常被称为交替磁性（altermagnetism）。然而，在局域化电荷的情况下，这可能使自旋被单独控制。
引用
@article{arxiv.2308.07295,
title = {Why Charge Added Using Transition Metals To Some Insulators -- Including LK-99 -- Localizes and Does Not Yield a Metal},
author = {Alexandru B. Georgescu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.07295},
year = {2025}
}