Vanadium sesquioxide, V2O3, boasts a rich phase diagram whose description necessitates the accounting for many-body Coulomb correlations. Spectral properties of this compound have been successfully addressed within dynamical mean field theory to an extent that results of recent angle resolved photoemission experiments have been correctly predicted. While photoemission spectroscopy probes the occupied part of the one-particle spectrum, optical experiments measure transitions into empty states and thus provide complementary information. In this work, we focus on the optical properties of V2O3 in its paramagnetic phases by employing our recently developed "generalized Peierls approach". Compared to experiments, we obtain results in overall satisfactory agreement. Further, we rationalize that the experimentally observed temperature dependence stems from the different coherence scales of the involved charge carriers.
Defect-induced orbital polarization and collapse of orbital order in doped vanadium perovskites
本文研究了掺杂莫特绝缘体$R_{1-x}$（Sr，Ca）$_x$ VO $_3$（$R=\,$ Pr，Y，La）中由带电（Sr，Ca）缺陷引起的轨道有序度衰减机制。我们的非限制性Hartree-Fock分析集中在随机的，带电的杂质和相关的掺杂空穴高达$x=0.5$的综合效果。该研究是基于一个广义的多带哈伯德模型的相关钒$t_{2g}$电子，并包括长程（i）库仑电位的缺陷和（ii）电子-电子相互作用。我们发现，旋转占据的$t_{2g}$轨道，引起的电场的缺陷，是一个非常有效的扰动，在很大程度上控制这些化合物的轨道顺序的抑制。我们调查的逆参与数谱，并发现，电子状态仍然局限于少数网站，即使在该政权的轨道秩序是崩溃。从动力学和超交换能的变化可以看出，掺杂空穴的运动是导致高$T_c$化合物磁序降低的主要因素，但在这里起次要作用。
基于最近的理论和实验争议，我们提出了一个理论研究来澄清钒尖晶石氧化物AV $_2$ O $_4$（A=Zn，Mg，Cd）基态的轨道对称性.研究是基于一个有效的哈密顿量与自旋轨道超交换相互作用和本地自旋轨道耦合项。我们构造了一个经典的相图，并证明了基态的复轨道性质。值得注意的是，通过我们的新分析，我们还正确地预测了氧八面体的相干四元扁平化。最后，通过分析的考虑以及数值从头算模拟，我们提出了如何检测预测的复杂轨道通过钒K边共振X射线散射排序。
Spin Frustration and Orbital Order in Vanadium Spinels
本文介绍了钒尖晶石氧化物$A$ V $_2$ O $_4$（$A$ = Zn、Mg或Cd）中的几何阻挫效应和自旋与轨道自由度之间的相互作用的理论研究结果。在强关联极限下引入一个有效的自旋-轨道-晶格耦合模型，并对该模型进行蒙特卡罗模拟，提出了一个轨道有序相的约化自旋哈密顿量，以捕捉反铁磁有序的稳定机制.轨道序通过在自旋交换相互作用中引入空间各向异性大大降低了自旋阻挫，约化自旋模型可以看作是弱耦合的一维反铁磁链.通过有限尺寸标度分析得到的临界指数表明，磁跃迁属于三维海森堡普适类。平均场能级中剩余的挫折通过热涨落来减少，以稳定共线有序。
Orbital disorder induced by charge fluctuations in vanadium spinels
最近的实验钒尖晶石，$A$ V $_2$ O $_4$，显示出越来越多的程度较小的阳离子尺寸的电子离域的动机，我们研究了轨道有序（OO）之间的演化强耦合制度的多轨道哈伯德哈密顿。Mott绝缘态的潜在磁有序导致OO的快速抑制，这是由于沿着铁磁键的电荷波动增强。轨道双占有率是相当低的过渡点，表明该系统是在强和中间耦合制度之间的交叉区域时，轨道自由度变得无序。
Magnetic transition and orbital degrees of freedom in vanadium spinels
基于烧绿石晶格上的有效自旋轨道模型，提出了$A$ V $_2$ O $_4$（$A$ =Zn，Mg，Cd）中两个相变的方案.在高温下，由于晶格结构，自旋相关性强烈受挫，并且在$\sim$ 50 [K]处的跃迁是由Jahn-Teller晶格畸变支持的轨道级。这种轨道顺序引入了取决于键方向的自旋交换耦合的空间调制。这部分地释放了挫折，并导致$\sim$ 40 [K]的自旋顺序。我们还考虑了第三近邻交换耦合和量子涨落的影响，研究了稳定的自旋组态。计算结果与实验结果一致。
Quantum 120-degree model on pyrochlore lattice: orbital ordering in MnV2O4
提出了钒尖晶石MnV_2O_4中轨道有序的解析模型。该模型是基于最近的第一性原理计算，表明在该化合物的钒位点处存在强烈的三角畸变[Phys. Rev. Lett. 102，216405（2009）]。在单离子水平，三角晶场留下一个双简并原子基态，打破了t2g轨道的近似旋转对称性。我们发现在烧绿石晶格上，低能双态之间的有效相互作用可用量子反铁磁120度模型描述。我们得到了经典的基态，并证明了它对量子涨落的稳定性。相应的轨道级由两个不等价的轨道链组成，这与实验观察到的四对称性是一致的。沿轨道链的电子密度函数的周期性调制所示产生的交错的本地三角轴。在存在轨道序的情况下，由相对论自旋轨道相互作用引起的单离子自旋各向异性稳定了实验观察到的正交磁结构。
Orbital ordering and one-dimensional magnetic correlation in vanadium spinel oxides AV2O4 (A = Zn, Mg, or Cd)
我们提出了我们的理论结果的两个转变机制的钒尖晶石氧化物$A$ V $_2$ O $_4$（$A$ =Zn，Mg，或Cd），其中磁性V阳离子构成的几何阻挫烧绿石结构。在多轨道哈伯德模型的强关联极限下，导出了一个有效的自旋-轨道-晶格耦合模型，并对该模型进行了蒙特卡罗模拟。结果表明，高温相变为层状反铁磁型轨道有序并伴有四重态Jahn-Teller畸变，低温相变为反铁磁自旋有序.轨道序部分地提升了磁阻挫，并在磁交换相互作用中引起空间各向异性。在中间相，该系统可以被认为是由弱耦合的反铁磁链躺在垂直于四重态畸变的平面。
Finite-temperature Gutzwiller approximation and the phase diagram of a toy-model for V2O3
我们利用精确的不等式，指的是一个分布的熵推导出一个简单的变分原理在有限温度下的试验密度矩阵的Gutzwiller和Jastrow型。我们使用的结果扩展在有限的温度下的Gutzwiller近似，我们适用于研究一个双轨道模型，我们相信捕捉到的V $_2$ O $_3$的一些基本特征。我们确实发现，该模型的相图有许多相似之处，真正的三氧化二钒。此外，我们表明，在Bethe晶格中，有限温度Gutzwiller近似提供了严格的上限的实际自由能，结果比较以及与精确的相图得到的动态平均场论。
Orbital and magnetic transitions in geometrically-frustrated vanadium spinels -- Monte Carlo study of an effective spin-orbital-lattice coupled model --
我们提出了我们的理论和数值计算结果的热力学性质和微观机制的两个连续的转变钒尖晶石氧化物$A$ V $_2$ O $_4$（$A$ =Zn，Mg，或Cd）的Monte Carlo计算得到的有效自旋轨道晶格模型在强关联极限。在烧绿石晶格结构的V阳离子的几何挫折抑制自旋和轨道相关的发展，但是，我们发现，该模型在低温下表现出两个转变。第一，不连续的过渡发生与轨道排序的四重Jahn-Teller失真的帮助。轨道顺序减少了自旋交换相互作用的挫折，并诱导反铁磁相关的一维链躺在垂直平面的四重畸变。其次，在较低温度下，一维反铁磁链之间的第三近邻相互作用稳定了三维反铁磁有序。热涨落是通过有序-无序机制稳定共线磁态的关键。结果很好地再现了实验数据，如转变温度，磁化率的温度依赖性，在转变的熵的变化，以及在低温下的磁有序结构。用线性自旋波理论研究了零温下的量子涨落效应。发现在基态的交错矩从饱和值显著降低，并合理地与实验数据相吻合。
Effective interaction for vanadium oxyhydrides Sr$_{n+1}$V$_n$O$_{2n+1}$H$_n$ ($n=1$ and $n\to\infty$): A constrained-RPA study
过渡金属氧化物由于其丰富的物理性质而成为电子关联效应研究的中心对象之一。另一方面，利用负离子自由度不太受欢迎，但可以是另一种有前途的方法来控制强相关材料的性质。特别是，氧化物提供了一个独特的强相关的低维电子结构的操场，其中氢的$s$轨道打破了阳离子$t_{2g}$轨道之间的化学键。在这项研究中，我们评估了有效的相互作用，即，采用约束无规相位近似（cRPA），对钒氧化合物Sr $_{n+1}$ V $_n$ O $_{2n+1}$ H $_n$（$n=1,\infty$）的低能有效模型进行了库仑相互作用参数的筛选.我们发现，在只考虑$t_{2g}$轨道的$t_{2g}$模型中，有效相互作用被$e_g$谱带屏蔽，这是因为在氧化物中，$e_g$谱带与$t_{2g}$谱带纠缠很大.另一方面，在$d$模型中，由于V-$d$带和阴离子带（O-$p$和H-$s$）之间有很大的能量分离，有效相互作用相当强，因为氢原子的存在使O-$p$态稳定.这些结果表明，非平凡的和独特的相关效应可以发生在钒氧化物。
Role of orbital degrees of freedom in investigating the magnetic properties of geometrically frustrated vanadium spinels
在AV $_{2}$ O $_{4}$（A $\equiv$ Zn，Cd and Mg）化合物中，几何阻挫程度的不一致性一直是一个长期存在的问题，其产生于两个实验结果：（i）阻挫指数和（ii）磁矩。在本研究中，我们试图通过使用{ \it ab initio}电子结构计算来理解这种不一致性。轨道的自由度被发现在理解这些化合物的几何受挫的磁性行为中发挥了重要作用。在计算阻挫指数时引入轨道和自旋角动量，提高了对这些化合物几何阻挫程度的理解。阻挫指数（$f$ $_{\it J}$）的计算值对于MgV $_{2}$ O $_{4}$最大，对于3.3 $\leq$ $U \leq$ 5.3 eV对于CdV $_{2}$ O $_{4}$最小。在此$U$范围内，$Δ$ M $_{2}$ =M $_{\rm total}$ -M $_{\rm exp}$的计算值对于MgV $_{2}$ O $_{4}$最大，对于CdV $_{2}$ O $_{4}$最小。从而实现了几何挫折度的一致性。最近邻交换耦合常数的绝对值发现V自旋之间的（{ \it J $_{nn}$ }）对于MgV $_{2}$ O $_{4}$最大，对于CdV $_{2}$ O $_{4}$最小，这表明居里-外斯温度的计算绝对值（$\varTheta$ $_{CW}$）$_{\it J}$对于MgV $_{2}$ O $_{4}$最高，…
Variational study of the antiferromagnetic insulating phase of V2O3 based on Nth order Muffin-Tin-Orbitals
基于密度泛函理论（DFT）的$N$阶muffin-tin轨道（NMTO）计算结果，我们重新研究了反铁磁绝缘相三氧化二钒V $_2$ O $_3$的低温基态性质.通过NMTO-向下折叠程序获得的跳跃矩阵元素显着不同，从以前获得的电子结构计算，并意味着在平面内的跳跃积分是一样重要的面外的。我们使用NMTO跳跃矩阵元素作为输入，并进行变分研究的基态。我们表明，在这种情况下，整个晶体中形成稳定的分子是不利的，实验观察到的磁结构仍然可以在原子变分制度。然而，得到的基态（两个$t_{2g}$电子占据简并$e_g$双峰）与许多公认的实验观察相反。我们讨论了这一发现的影响，在光的非本地电子相关性肯定存在于这个化合物。
Orbital order and electron itinerancy in CoV$_{2}$O$_{4}$ and Mn$ _{0.5} $Co$ _{0.5} $V$_{2}$O$_{4}$ from first principles
鉴于最近的实验预测的一个弱的结构转变的CoV $_{2}$ O $_{4}$，我们探讨了可能的轨道顺序状态，在其低温四电子相的第一性原理密度泛函理论计算。我们观察到，与I4 $_1/amd$对称性的tetraphite相关联的轨道顺序涉及复杂的轨道与一个合理的大的轨道矩在Vanessa网站，而在与I4 $_1/a$对称性的阶段，实轨道与淬灭的轨道矩构成的轨道顺序。此外，为了研究轨道有序和电子巡回之间的竞争，我们认为Mn $_{0.5}$ Co $_{0.5}$ V $_{2}$ O $_{4}$是母体化合物之一，CoV $_{2}$ O $_{4}$位于巡回极限附近，而另一个Mn V $_{2}$ O $_{4}$位于轨道有序绝缘区的深处。用第一性原理密度泛函理论和Boltzmann输运理论研究了CoV $_{2}$ O $_{4}$、MnV $_{2}$ O $_{4}$和Mn $_{0.5}$ Co $_{0.5}$ V $_{2}$ O $_{4}$的轨道有序和电子输运.我们的结果表明，当我们从MnV $_{2}$ O $_{4}$到CoV $_{2}$ O $_{4}$时，电子的巡回性增强，而轨道顺序的性质保持不变。
Charge order, orbital order, and electron localization in the Magneli phase Ti4O7
采用基于密度泛函理论和局域密度近似的缀加球面波（ASW）电子结构计算方法，研究了Magneli相Ti4 O 7的金属-绝缘体相变.结果表明，金属-绝缘体转变产生于复杂的相互作用的电荷顺序，轨道顺序，和单重态形成的Ti 3d状态，介导金属-金属键合内的四原子链的材料特性。因此，Ti4 O 7结合了Fe 3 O 4和VO 2的重要方面。虽然电荷排序非常类似于在Verwey转变中观察到的，但轨道顺序和单重态形成似乎与驱动二氧化钒的金属-绝缘体转变的机制相同。
Fingerprints of spin-orbital polarons and of their disorder in the photoemission spectra of doped Mott insulators with orbital degeneracy
以$R_{1-x}$ Ca $_x$ VO $_3$钙钛矿为例，探讨了无序带电缺陷对掺杂过渡金属氧化物在Mott绝缘区光电发射谱中观察到的电子激发的影响，其中$R=$ La，$\dots$，Lu.这些具有部分填充的$t_{2g}$价轨道的钒$d^2$化合物的基本特征是自旋和轨道有序的持久性直到高掺杂，与高- $T_c$铜酸盐在低缺陷浓度下的磁有序的损失相反。我们证明了掺杂Mott-Hubbard绝缘体的无序电子结构可以得到高精度的非限制性Hartree-Fock近似。特别是：（i）在逆光电发射光谱和各种缺陷相关的状态和卫星的原子多重激发被很好地再现，（ii）一个强大的莫特间隙生存到大掺杂，和（iii）我们表明，莫特间隙内的缺陷状态发展一个软间隙在费米能量。软缺陷状态间隙可以通过从化学势附近的状态密度的威布尔统计采样中提取的形状和尺度参数来表征。我们证明，电荷缺陷触发小自旋轨道极化子，其内部动能负责软缺陷态间隙的开放。自旋轨道极化子的小尺寸推断的反参与比的分析，解释了起源的自旋和轨道秩序的鲁棒性。使用现实的参数为La $_{1-x}$ Ca $_x$ VO $_3$，我们表明，它的软带隙是很好地再现，以及边缘掺杂的化学势的位置相对于中心的较低的哈伯德带。
Effect of spin-orbit coupling on magnetic and orbital order in MgV$_2$O$_4$
最近对MgV $_2$ O $_4$单晶的测量重新引发了关于自旋-轨道（SO）耦合在决定钒尖晶石体系轨道序中的作用的争论。采用全势线性增强平面波方法，在局域自旋密度近似（LSDA）、库仑关联LSDA+U和SO相互作用（LSDA+U+SO）下，研究了MgV $_2$ O $_4$低温相的磁性和轨道有序.研究发现，在实验观测到的反铁磁相中，自旋-轨道耦合对沿c轴的交替V原子链中的轨道序有不同的影响。发现这一观察结果与实验预测一致，即自旋-轨道耦合效应介于ZnV $_2$ O $_4$和MnV $_2$ O $_4$的情况之间。
Unveiling the critical role of interfacial strain in adjusting electronic phase transitions in correlated vanadium dioxide
Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education & School of Materials Science and Engineering, Shanxi Normal University（山西师范大学 磁性分子与磁信息材料教育部重点实验室 & 材料科学与工程学院）；Research Institute of Materials Science, Shanxi Key Laboratory of Advanced Magnetic Materials and Devices, Shanxi Normal University（山西师范大学 材料科学研究所 & 山西省先进磁性材料与器件重点实验室）
Possible emergence of a skyrmion phase in ferroelectric GaMo$_4$S$_8$
提出了在磁场下，极性空隙尖晶石，例如GaV $_4$ S $_8$和GaV $_4$ Se $_8$，作为Skyrmion相的宿主。在本工作中，我们提出了一种等构的GaMo $_4$ S $_8$作为Néel型skyrmion晶格的候选晶格，并通过第一性原理计算和模型哈密顿量的蒙特卡罗模拟对其进行了系统的研究.由Jahn-Teller失真驱动的电极化的强度预计将出现在GaMo $_4$ S $_8$中，显示出与基于V的对应物中评估的尺寸相当但相反的符号，并根据不同的电子计数参数和产生的失真进行解释。有趣的是，在钒尖晶石中，4d轨道相对于3d轨道的更大的自旋-轨道耦合导致更强的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，这有利于稳定摆线自旋织构，以及更小尺寸的skyrmions（半径<10 nm）。此外，GaMo_4S_8的交换各向异性可能导致铁电-铁磁基态，作为铁电-skyrmionic基态的替代，需要进一步的实验验证。
