We study an extended Hubbard model with the nearest-neighbor Coulomb interaction on the pyrochlore lattice at half filling. An interaction-driven insulating phase with nontrivial Z_2 invariants emerges at the Hartree-Fock mean-field level in the phase diagram. This topological insulator phase competes with other ordered states and survives in a parameter region surrounded by a semimetal, antiferromagnetic and charge ordered insulators. The symmetries of these phases are group-theoretically analyzed. We also show that the ferromagnetic interaction enhances the stability of the topological phase.
Topological insulators and metal-insulator transition in the pyrochlore iridates
通过考虑强自旋-轨道耦合和三角晶场效应，研究了立方焦绿石铱酸盐A $_{2}$ Ir $_{2}$ O $_{7}$（A = Y或稀土元素）中拓扑绝缘体的存在.研究发现，三角晶场效应，这是总是存在于实际系统中，可能会破坏拓扑绝缘体提出的理想立方晶场，导致金属基态。因此，三角晶场是金属-绝缘体转变的重要控制参数。我们建议，这可能是为什么不同的低温基态可能会出现不同的A-位离子的烧绿石铱酸盐的原因之一。另一方面，研究电子-晶格耦合，我们发现，软化的$\textbf{q}$ =0模式对应的三角或四角扭曲的Ir烧绿石晶格导致复活的强拓扑绝缘体。因此，原则上，通过结构变化可以发生到低温拓扑绝缘体的有限温度转变。我们还认为，沿[111]或其等效方向施加外压将是在烧绿石铱酸盐中产生强拓扑绝缘体的最有效方法。
Lifshitz metal-insulator transition induced by the all-in/all-out magnetic order in the pyrochlore oxide Cd2Os2O7
我们研究的金属-绝缘体转变（MIT）的锇烧绿石氧化物Cd 2 Os 2 O 7通过运输和磁化测量。在227 K时，MIT和向全进/全出（AIAO）序的磁转变同时发生。我们提出了一个机制的基础上诱导的AIAO磁序可能通过强自旋轨道耦合在特定的半金属能带结构的Lifshitz转变。它建议，此外，两个观察到的难题，一个有限的电导率T = 0附近和弱铁磁矩的出现，不是散装的属性，但起源于磁畴壁之间的两种AIAO域。
Metal-insulator transition and topological properties of pyrochlore iridates
结合密度泛函理论（DFT）和嵌入式动力学平均场论（DMFT）方法，我们研究了$R_2$ Ir $_2$ O $_7$（$R$ =Y，Eu，Sm，Nd，Pr，Bi）的金属-绝缘体转变以及绝缘化合物的拓扑性质.使用电荷自洽DFT+DMFT方法评估的准确的自由能表明，金属-绝缘体转变发生的A-阳离子半径之间的Nd和Pr，与实验一致。全进全出的磁性相在Nd化合物中是稳定的，但在Pr化合物中不是稳定的，它产生了小的Ir $^{4+}$磁矩$\approx 0.5μ_B$，并打开了相当大的关联能隙。我们证明，在这种最先进的理论方法中，绝缘体烧绿石铱酸盐在拓扑上是微不足道的。
Pyrochlore Oxide Hg2Os2O7 on Verge of Metal-Insulator Boundary
半金属锇烧绿石氧化物Cd_2Os_2O_7在227 K时发生全进全出（AIAO）型磁跃迁，在210 K时发生向AIAO绝缘体的磁跃迁。本文通过热力学测量、μ SR谱和中子衍射实验研究了等结构等电子化合物Hg_2Os_2O_7。在88 K下观察到类似的磁性转变，可能是AIAO型顺序，而电阻率在转变时显示出降低，并且在2K下保持金属性。因此，Hg 2 Os 2 O 7的基态最有可能是AIAO半金属，这类似于Cd 2 Os 2 O 7的中温态。Hg 2 Os 2 O 7存在于金属一侧的金属-绝缘体边界的边缘，为研究具有中等电子相关和强自旋轨道相互作用的5d电子的电子不稳定性提供了一个很好的平台。
Topological phases in layered pyrochlore oxide thin films along the [111] direction
本文从理论上研究了烧绿石氧化物A $_2$ B $_2$ O $_7$的多带哈伯德模型，其中B是具有强自旋轨道耦合的重过渡金属离子，在沿[111]方向取向的薄膜几何结构中.沿着这个方向，烧绿石晶格由B离子的交替的kagome和三角形晶格平面组成。我们考虑一个单一的可果美层，双层，和两个不同的三层。作为一个函数的自旋-轨道耦合，直接和间接的$d$ -轨道跳跃，和频带填充的强度，我们确定了一些情况下，一个非相互作用的时间反演不变的Z $_2$拓扑相位是预期的，我们建议一些候选材料。我们在Hatree-Fock理论下研究了半填充$d$壳层中的相互作用，并确定了可以找到零磁场Chern绝缘体的参数区域，其中Chern数为$\pm1$.最有希望的拓扑相的几何结构似乎是既支持Z $_2$拓扑绝缘体又支持Chern绝缘体的双层结构，以及三角形-kagome-三角形三层，其支持相对稳健的Chern绝缘体相。
Electronic Structure of Pyrochlore Iridates: From Topological Dirac Metal to Mott Insulator
在5d过渡金属氧化物如铱酸盐中，电子关联和自旋轨道相互作用的相互作用产生了新的性质。采用密度泛函理论、LDA+U方法和有效低能模型研究了烧绿石铱酸盐（如Y $_{2}$ Ir $_{2}$ O $_{7}$）的电子结构.通过调节关联强度U，可以得到非常丰富的相图. Ir的磁矩总是非共线有序的。然而，基态从弱U时的磁性金属变为大U时的莫特绝缘体。最有趣的是，中间U政权被发现是一个狄拉克半金属，在费米能量的状态密度消失。它还表现出拓扑性质-表现为费米弧形式的特殊表面状态，连接体狄拉克点。这种狄拉克相，石墨烯的三维模拟物，被提出作为Y $_{2}$ Ir $_{2}$ O $_{7}$和相关化合物的基态。在中间层U处也可能存在一个窄的磁性“轴子”绝缘体窗口，其轴子参数为$θ=π$。外加磁场诱导铁磁有序和金属基态。
Magnetic field-induced insulator-semimetal transition in a pyrochlore Nd2Ir2O7
我们研究了焦绿石型Nd 2 Ir 2 O 7单晶的磁输运性质。在全进全出型Ir-5d矩序绝缘体态的反铁磁畴壁上观察到金属导电，它可以被沿[111]方向的外磁场精细控制。另一方面，沿[001]方向的外加场诱导了从绝缘体到半金属的体相相变，这是由于场诱导的Nd-4f和Ir-5d磁矩组态的改变。一个理论计算一致地描述实验观察到的功能表明各种奇异的拓扑状态的电子相关性和Ir-5d的时刻顺序，可以通过选择稀土离子和磁场，分别微调的功能。
Evolution of structure and magnetism across the metal-insulator transition in the pyrochlore iridate $($Nd$_{1-x}$Ca$_x)_2$Ir$_2$O$_7$
我们报告的演化的热金属绝缘体转变的多晶样品的Nd $_2$ Ir $_2$ O $_7$空穴掺杂后，通过取代Nd $^{3+}$的Ca $^{2+}$。Ca取代介导的填充控制莫特样过渡，最小的可分辨的结构变化，而不改变网站的对称性。局部结构证实，Ca取代不会导致局部化学相分离，吸收光谱确定，Ir阳离子保持自旋轨道纠缠的电子配置。的金属-绝缘体的转变与反铁磁有序的Ir亚晶格上的所有测量的样品相一致，都降低了起始温度与Ca含量。弱低温上升的磁化率和电阻率的样品与高钙含量表明，钕亚晶格反铁磁性继续耦合到金属制度的载体。
Fully filling-controlled pyrochlore ruthenates: emergent ferromagnetic-metal state and geometrical Hall effect
Mott绝缘体的载流子掺杂对于产生具有涌现特性的高度相关金属是必不可少的。焦绿石双烯酸盐Pr $_{2}$ Ru $_{2}$ O $_{7}$（$4d$电子数，$n=4$）和Ca $_{2}$ Ru $_{2}$ O $_{7}$（$n=3$）由于电子关联强，分别是Mott绝缘体和磁性坏金属.我们研究了（Pr $_{1-x}$ Ca $_{x}$）$_{2}$ Ru $_{2}$ O $_{7}$在整个带填充范围$0<x<1$内的磁输运性质。随着空穴掺杂$x$的增加，系统经历绝缘体-金属转变。当Ca $_{2}$ Ru $_{2}$ O $_{7}$掺杂电子（$0.5<x<0.9$）时，Ru- $4d$自旋之间增强的耦合产生具有高达2%的大的铁磁霍尔角的铁磁金属相。从Hund金属的角度讨论了（Pr $_{1-x}$ Ca $_{x}$）$_{2}$ Ru $_{2}$ O $_{7}$的电子相变.
Insulator-to-metal transition in the pyrochlore iridates series (Eu_1-xBi_x)2Ir2O7 probed using Hard X-ray Photoemission Spectroscopy
Eu 2 Ir 2 O 7，一个候选的Weyl半金属，显示了绝缘体到金属的过渡作为Bi取代在Eu网站的功能。本文采用硬X射线光电子能谱（HAXPES）研究了（Eu_（1-x）Bi_x）_2 Ir_2 O_7系列样品，发现Bi ~（3+）掺杂Eu ~（3+）时，在低Bi掺杂（3.5%）时，出现了20%的晶格收缩.使用HAXPES，我们确认，所有的阳离子保持其名义价态在整个系列。Bi芯能级谱的非对称性质的组合物中的金属区域表明，Bi有助于在此掺杂范围内的费米能的状态密度。价带谱表明Bi 6s峰在整个系列中没有改变，并且位于价带内的深处。基于这些观察，我们认为Bi 6p-Ir 5d杂化驱动绝缘体到金属的转变。
The Evolution of Magnetism in a Thin Film Pyrochlore Ferromagnetic Insulator
Harvard University（哈佛大学）；The Rowland Institute at Harvard（哈佛罗兰研究所）；Leibniz Institute for Crystal Growth（莱布尼茨晶体生长研究所）；EOT GmbH – Coherent（EOT有限公司-相干公司）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory（先进光子源，阿贡国家实验室）；Diamond Light Source（钻石光源）；Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory（先进光源，劳伦斯伯克利国家实验室）
Emergent excitation at the magnetic metal-insulator transition in the pyrochlore osmate Cd2Os2O7
5d氧化物表现出的丰富物理学超出了用于成功解释3d氧化物的电子和磁性的Mott-Hubbard范式。在增加带宽和降低电子相关性的限制下，强自旋轨道耦合（SOC）在多大程度上驱动了新电子态的形成，如通过金属-绝缘体跃迁（MIT）的存在所表现的那样。SOC被认为在5d 5系统中起主导作用，例如虹彩酸盐（Ir 4+），经历可能与或可能不与磁序密切相关的MIT，烧绿石和钙钛矿系统分别是前者和后者的示例。然而，SOC对于其他5d配置的作用不太清楚。例如，5d3（例如Os 5+）系统预计具有轨道单线态，因此在基态SOC的影响降低。然而，烧绿石锇酸盐Cd 2 Os 2 O 7表现出与烧绿石铱酸盐类似的现象与磁序密切相关的MIT。在这里，我们报告的第一个共振非弹性X射线散射（RIXS）测量的锇化合物，使我们能够确定显着的电子和磁能量尺度控制MIT在Cd 2 Os 2 O 7，我们基准对详细的量子化学计算。特别是，我们揭示了出现在麻省理工学院的磁激发对应于多个自旋翻转过程的叠加，从伊辛样的全进/全出磁基态。我们讨论了我们的研究结果方面的作用，SOC在磁介导的MITs在5D系统
First-principles study on cubic pyrochlore iridates Y2Ir2O7 and Pr2Ir2O7
基于非共线局域自旋密度近似（LSDA），对烧绿石铱酸盐Y $_2$ Ir $_2$ O $_7$和Pr $_2$ Ir $_2$ O $_7$进行了完全相对论第一性原理电子结构计算.在LSDA+ $U$方案中，全进全出反铁磁（AF）有序由在位库仑排斥$U>U_c$稳定，其中Y $_2$、Ir $_2$ O $_7$和Pr $_2$、Ir $_2$ O $_7$的$U_c\sim1.1$分别为$U_c\sim1.1$ ~eV和1.3~eV.随着$U$的进一步增加，有和没有Weyl点的AF半金属以及拓扑平凡的AF绝缘体相继出现。对于$U=1.3$ ~eV，Y $_2$ Ir $_2$ O $_7$是拓扑平凡的窄隙AF绝缘体，具有有序的局部磁矩$\sim0.5μ_B$ /Ir，而Pr $_2$ Ir $_2$ O $_7$几乎是顺磁性半金属，电子和空穴浓度为$0.016$ /Ir，与实验总体一致。随着描述IrO $_6$八面体三角压缩的氧位置参数$x$的减小，Pr $_2$ Ir $_2$ O $_7$被驱动通过仅具有隔离费米点$Γ_8^+$的非费米液体半金属，显示二次带接触，到$Z_2$拓扑绝缘体。
Orthogonal Magnetization and Symmetry Breaking in Pyrochlore Iridate Eu2Ir2O7
在火绿石铱酸盐中的电子除了经历强的自旋-轨道相互作用外，还经历大的相互作用能。这两个特点使虹膜有希望实现新的国家，如拓扑莫特绝缘体。烧绿石铱酸盐Eu $_2$ Ir $_2$ O $_7$在$T_N \sim$ 120 K时表现出金属-绝缘体转变，低于该转变时出现磁有序态。使用扭矩磁力仪，我们发现了一个非常不寻常的磁响应。在其$a$平面中施加的磁场$b$产生正交于该平面的非线性磁化$M_\perp$。$M_\perp$显示出与八极序一致的$d$波场角模式，具有由场冷却决定的手性，导致手性$ω$的对称性破缺。令人惊讶的是，当样品被场冷却到低于$T_N$时，$d$波图案的波瓣取向对场的方向敏感，这表明在300 K时已经存在额外的序参量$η$。
Evolution of the electronic structure across the filling-control and bandwidth-control metal-insulator transitions in pyrochlore-type Ru oxides
我们已经进行了光电子发射和软X射线吸收的研究，即填充控制系统Sm $_{2-x}$ Ca $_x$ Ru $_2$ O $_7$和带宽控制系统Sm $_{2-x}$ Bi $_x$ Ru $_2$ O $_7$，这表明绝缘体到金属的转变，随着钙和铋浓度的增加，分别。Sm $_{2-x}$ Ca $_x$ Ru $_2$ O $_7$中的芯能级和O 2 $p$价带随Ca浓度的变化呈现出几乎相同的单调向上的能量移动，这表明空穴掺杂导致化学势向下移动。Sm $_{2-x}$ Ca $_x$ Ru $_2$ O $_7$中的Ru 4 $d$带也随着空穴掺杂而向费米能级（$E_F$）移动，并且$E_F$处的态密度（DOS）增加.另一方面，Sm $_{2-x}$ Bi $_x$ Ru $_2$ O $_7$中的芯能级除了Ru 3 $d$芯能级之外没有显示出明显的能量移动，其线形变化也反映了金属屏蔽随Bi浓度的增加。我们观察到明显的光谱重量转移从非相干的Ru 4d $t_{2g}$带与Bi浓度，这是预期的带宽控制莫特-哈伯德系统的相干部分。根据最近的理论预测，在$E_F$下，在带宽控制Sm $_{2-x}$ Bi $_x$ Ru $_2$ O $_7$中的DOS增加比在填充控制Sm $_{2-x}$ Ca $_x$ Ru $_2$ O $_7$中的DOS增加更突然。讨论了Bi 6 $sp$带和R…
Mixed valence on a pyrochlore lattice - LiV2O4 as a geometrically frustrated magnet
在40 K以上，重费米子尖晶石LiV_2O_4的磁化率与几何阻挫磁绝缘体的磁化率具有许多共同特征，而其室温电阻率舒适地超过Mott-Regel极限。这表明，当地的磁矩，以及烧绿石晶格的基本几何形状，在确定其磁性能发挥了重要作用。我们最近推出的四面体平均场论绝缘烧绿石反铁磁体的情况下，其中个别四面体包含不同长度的自旋，并以此为出发点，讨论三种不同的情况下，在LiV 2 O 4的磁性和电子的转变。
Impact of geometrical frustration on charge transport near the Mott transition in pyrochlore (Y$_{1-x}$Cd$_{x}$)$_{2}$Mo$_{2}$O$_{7}$
为了探索阻挫晶格强关联电子系统中的新的自旋-电荷耦合现象，研究了烧绿石结构空穴掺杂自旋玻璃（Mott）绝缘体（Y $_{1-x}$ Cd $_{x}$）$_{2}$ Mo $_{2}$ O $_{7}$的电荷输运和动力学.在空穴掺杂导致自旋玻璃态消失的同时，出现了具有强重整化电子质量的扩散金属输运，这种输运没有长程自旋有序，这是由几何阻挫引起的强反铁磁自旋涨落引起的.
Magnetic excitation spectra in pyrochlore iridates
烧绿石铱酸盐（A2 Ir 2 O 7）中的金属-绝缘体转变被认为是由于自旋-轨道耦合、几何挫折和电子相互作用的微妙相互作用而发生的。特别是，在绝缘相的铱离子的磁有序的性质是至关重要的几个外来相最近提出的这些材料的理解。我们研究了在中间耦合制度的所谓的全进/全出磁状态的烧绿石铱酸盐与非磁性A-位离子（A=Eu，Y），这是在以前的理论研究中被发现是优选的磁激发光谱。我们发现，在这个制度的自旋波上的电荷波动的影响导致强烈偏离最低阶自旋波计算的基础上得到的模型在强耦合计算。我们讨论的磁激发谱，可以导致在未来的共振非弹性X射线（或中子）散射实验中的磁顺序的结论性识别的特性。磁序的性质及其低能特征的知识也可以提供有关伴随的金属-绝缘体转变的有用信息。
Correlation effects in pyrochlore iridate thin films grown along the $[111]$ direction
在过去的几年中，大量的烧绿石铱酸盐的形式$A_2$ Ir $_2$ O $_7$（其中$A$是稀土元素，Ir是铱，O是氧）已被研究作为模型系统，用于调查电子相关性和强自旋轨道耦合的相互作用，特别是为了找到相关性驱动的拓扑相。本文利用元胞动力学平均场理论（CDMFT）研究了在$[111]$方向上生长的烧绿石薄膜中电子关联的非Hartree-Fock效应。我们专注于双层和三层系统，并计算这些系统的相图作为电子-电子相互作用强度的函数，这是由现场哈伯德相互作用建模。通过计算$Z_2$不变量和Chern数，我们发现，基于单粒子格林函数和准粒子有效哈密顿量的计算公式，在位关联可以驱动相互作用诱导的拓扑相变，分别在双层和三层体系中将时间反演不变的拓扑绝缘体和近平带金属转变为关联的Chern绝缘体（CI）.通过与Hartree-Fock结果的比较，CDMFT结果表明量子涨落增强了薄膜中相互作用驱动的CI相的鲁棒性。此外，我们的准粒子谱的数值分析表明，我们在我们的多体计算中发现的拓扑相位的单粒子图片的拓扑连接。
