Numerical study of resonant inelastic X-ray scattering at the oxygen $K$-edge in insulating cuprates
本文用集团微扰理论(CPT)、Hartree-Fock近似(HFA)和精确对角化(ED)方法研究了绝缘铜氧化物中O $K$边的共振非弹性X射线散射(RIXS)。我们考虑三带哈伯德模型,用CPT结合微扰方法给出了Zhang-Rice单重态(ZRS)激发和电荷转移激发的动量依赖关系。使用CPT和HFA计算的RIXS光谱的比较揭示了不同的动量依赖性,通过上哈伯德带和ZRS带的属性的变化。这些发现得到了支持的分析,使用ED方法的RIXS光谱和动态电荷结构因子。
2022-09-29 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Systematic electronic structure in the cuprate parent state from quantum many-body simulations
关联电子材料的定量描述仍然是现代计算的挑战。我们展示了一种数值策略,在完全从头算水平上模拟相关材料,超出了有效的低能量模型的解决方案,并应用它来获得一个详细的微观理解整个家庭的铜酸盐超导材料在其母未掺杂状态。我们发现微观趋势的电子相关性,并揭示了材料成分和磁能尺度之间的联系,通过多体图片的激发过程中涉及的缓冲层。我们的工作说明了一个路径,以定量和可靠的理解更复杂的状态相关的材料在从头算多体水平。
2022-06-21 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Relationship between the parent charge transfer gap and maximum transition temperature in cuprates
铜氧化物高温超导体的最大转变温度(Tc,max)在不同的化合物中从小于30 K变化到大于130 K,这是最大的难题之一。尽管这种巨大的变化,一个强大的趋势是,在每个家庭,双层化合物总是具有较高的Tc,最大值比单层对应。在这里,我们使用扫描隧道显微镜研究属于两个不同的家庭四个铜酸盐母体化合物的电子结构。我们发现,在每个族中,双层化合物具有小得多的电荷转移能隙尺寸($Δ_{CT}$),表明$Δ_{CT}$和Tc,max之间存在明显的负相关关系。这些结果表明,电荷转移能隙在铜氧化物超导物理中起着关键作用,从掺杂莫特绝缘体的角度对高温超导机制提供了重要的新见解。
2017-01-17 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Prediction of the in-Gap States Above the Top of the Valence Band in the Undoped Insulating Cuprates due to Spin-Polaron Effect
在广义紧束缚方法的框架下,我们计算了$La_2 CuO_4$,$Sr_2CuO_2Cl_2$等未掺杂铜氧化物的准粒子能带结构和光谱函数。由于自旋涨落的影响,未掺杂反铁磁绝缘体中的带隙态出现在价带顶部之上,类似于空穴掺杂引起的带隙态。在ARPES实验中,能隙态可以作为弱低能卫星态被探测到。
2003-10-20 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Direct visualization and control of antiferromagnetic domains and spin reorientation in a parent cuprate
我们报告磁光二次谐波产生(SHG)偏振和成像Sr $_2$ Cu $_3$ O $_4$ Cl $_2$,它允许直接可视化的介观反铁磁(AFM)结构的母铜酸盐。温度和磁场相关的二次谐波揭示了90个$^{\circ}$相对取向的大畴,这些取向通过单轴磁各向异性和地球磁场的组合而稳定。低于温度$T_R$ $\sim$ 97 K,我们观察到一个不寻常的90 $^{\circ}$自旋重取向转变,可能是由竞争的两个铜亚晶格,交换AFM域状态,同时保持域结构的磁各向异性驱动。这允许通过热或激光加热确定性地切换AFM状态。在$T_R$附近,畴壁对外加磁场的响应变得异常灵敏,地球的磁场足以将它们完全从晶体中驱逐出去。我们的研究结果为研究母体铜酸盐的介观AFM行为和探索其AFM技术的潜力提供了机会。
2022-10-09 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Anomalous high energy dispersion in photoemission spectra from insulating cuprates
本文对绝缘铜酸盐Ca_2CuO_2Cl_2进行了角分辨光电子能谱测量。沿着Γ到(pi,pi)切割的高分辨率数据显示了与最低结合能特征的已知色散合并的额外色散特征,其遵循通常的约0.35 eV的强重整化色散。这个较高能量的部分揭示了一个非常接近于能带理论预测的非重整化能带的色散。当接近Γ点时,观察到谱权重从低能量特征到高能量特征的转移。通过与理论计算结果的比较,本文所观察到的高能特征表明,由于各种能量尺度的存在,谱函数的非相干部分在动量空间中具有重要的结构。
2006-02-05 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
The Transformation of the Superconducting Gap to an Insulating Pseudogap at a Critical Hole Density in the Cuprates
我们应用Ossadnik最近开发的波包形式主义来描述的起源的短程有序的赝能隙状态的空穴掺杂降低通过临界密度在铜酸盐。我们认为,驱动这种前驱态莫特本地化的能量增益,遵循从最大化umklapp散射附近的费米能量。为此,我们展示了如何由umklapp散射驱动的能隙可以在适当选择的表面上打开,正如Yang,Rice和Zhang先前提出的那样。其关键特征是对不稳定性包括umklapp散射,导致能隙不仅在单粒子谱,而且在对谱。结果,在费米面的波腹部分,过掺杂时的超导能隙转变为绝缘赝能隙。
2017-05-21 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
The Fincher-Burke spin excitations and omega/T scaling in the insulating 5% Sr-doped La2CuO4
绝缘La1.95Sr0.05CuO4与超导铜酸盐共享相同的Fincher-Burke类自旋激发,这通常在巡回反铁磁体中观察到。局部谱函数满足Ω/T标度以上~16 K的这种无公度绝缘铜酸盐。与以前的结果在相称的绝缘和非公度超导铜氧化物,这些结果进一步支持了一般的平方晶格量子自旋S=1/2系统的标度预测。在La1.95Sr0.05CuO4尺度的无公度峰的宽度在最佳掺杂类似的有限值,强烈表明,他们同样远离量子临界点。它们都可能被限制在一个有限的相关长度的部分自旋玻璃冻结。
2007-10-23 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Evidence for a large magnetic heat current in insulating cuprates
研究了二维反铁磁单层铜氧化物Sr $_2$ CuO $_2$ Cl $_2$的面内热导率$k$。对$k$不寻常的温度依赖性的分析表明,在低温下,热由声子携带,而在高温下,磁激发有显著的贡献。与其他绝缘层状铜氧化物的比较表明,大的磁贡献的热导率是这些材料的固有属性。
2003-01-08 cond-mat.str-el
Anomalous charge transport of the parent antiferromagnet Bi2Sr2RCu2O8
本文测量和分析了Bi_2Sr_2Ca_(1-x)R_xCu_2 O_8单晶的电阻率和热电势,特别是对母体反铁磁绝缘体的研究。在室温以上,母体绝缘体显示出限制在CuO 2平面内的导电性和随温度降低的热电势,这与高$T_c$铜酸盐非常相似。这些数据有力地表明,高Tc铜酸盐的本质异常内在的母体绝缘体。
1999-11-11 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Charge-Stripe Crystal Phase in an Insulating Cuprate
铜酸盐的高Tc超导性通常被认为是由载流子掺杂反铁磁Mott(AFM)绝缘体引起的。理论建议和新兴的实验证据表明,这一过程导致有趣的电子液晶相的形成。这些相的特征是有序的电荷和/或自旋密度调制,并被认为是密切相关的超导性随后出现。最难以捉摸的,绝缘的电荷条纹晶体相预测发生时,一个小密度的空穴掺杂到电荷转移绝缘体状态,并会提供一个未掺杂的母AFM相和神秘的,金属赝隙之间的缺失环节。然而,由于实验的挑战,很难观察到这一阶段。在这里,我们使用表面退火来扩展Bi基铜酸盐的可访问的掺杂范围,并实现轻掺杂的电荷转移绝缘状态的铜酸盐Bi2Sr2CaCu2O8 + x。在这种绝缘状态下,电荷转移间隙约为1 eV,使用光谱成像扫描隧道显微镜,我们发现了一个单向的电荷条纹顺序与相称的4a0周期沿Cu-O-Cu键。重要的是,这种绝缘的电荷条纹晶体相的赝能隙和费米面的形成开始之前的发展。我们的工作提供了新的见解的微观起源的电子不均匀性在高Tc铜酸盐。
2018-12-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Systematic Study of Magnetic Interactions in Insulating Cuprates
利用小团簇Cu-O系统地研究了一维、二维和梯形铜酸盐中的磁相互作用。我们发现最近邻Cu自旋之间的超交换相互作用J通过Madelung势强烈地依赖于Cu-O结构,并且在二维和梯形铜氧化物中存在四自旋相互作用Jcyc,其大小为J的10%。我们发现Jcyc对二维铜氧化物高能区的磁激发有很强的影响。
2000-04-28 cond-mat.str-el
Magnetic Interaction in Insulating Cuprates
研究了绝缘梯形和二维铜氧化物中的双自旋(2S)和循环四自旋(4S)磁相互作用。通过比较d-p模型和海森堡模型的本征态,我们估计了这些相互作用的大小。我们发现4S相互作用是最近邻2S相互作用的$\sim$ 10%,对角2S相互作用相当小.梯形铜氧化物的4S相互作用比二维铜氧化物的大,在低能激发中起重要作用。用所得到的2S和4S相互作用的海森堡阶梯很好地再现了磁化率随温度变化的实验结果。
1999-10-05 cond-mat.str-el
Anomalous mirror symmetry breaking in a model insulating cuprate Sr$_2$CuO$_2$Cl$_2$
理解铜氧化物超导体的复杂相图是一个突出的挑战。最活跃的研究问题围绕着赝能隙和奇异金属态的性质以及它们与超导性的关系。相反,人们普遍认为,莫特绝缘母态的低能量物理被二维自旋$S$ = 1/2反铁磁(AFM)海森堡模型很好地捕获。然而,最近观察到一个大的热霍尔电导率在几个母铜氧化物似乎无视这个简单的模型,并建议接近一个磁手性状态,打破所有的镜面垂直于CuO $_2$层。在这里,我们使用光学二次谐波产生来直接解析模型母体铜氧化物Sr $_2$ CuO $_2$ Cl $_2$的点群对称性。我们报告的序参量$Φ$,打破所有垂直的镜像平面,是一致的磁手征状态在零磁场的证据。虽然$Φ$是清楚地耦合到AFM序参量,我们无法实现其时间反演的合作伙伴($-Φ$)通过热循环通过AFM转变温度($T_{\textrm{N}}$ $\approx$ 260 K)或通过采样不同的空间位置。这表明$Φ$起始于$T_{\textrm{N}}$之上,并且可能与假间隙形成的机制相关。
2020-08-14 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Theoretical study of angle-resolved two-photon photoemission in two-dimensional insulating cuprates
我们提出了角度分辨双光子光电子能谱(AR-2 PPES)作为一种技术来检测的位置的上哈伯德带(UHB)在二维绝缘铜氧化物的底部。对小Hubbard团簇的AR-2 PPES谱进行了数值计算。当泵浦光子从较低的Hubbard带激发电子时,UHB的底部不太清楚,但当非键氧带中的电子被激发时,UHB的底部可以清楚地识别,并伴随着来自半填充时的自旋波激发的额外光谱。
2005-07-21 cond-mat.str-el
Resonant inelastic X-ray scattering study of spin-wave excitations in the cuprate parent compound Ca$_{2}$CuO$_2$Cl$_2$
用共振非弹性X射线散射方法,测量了未掺杂的铜氧化物Ca $_3$ CuO $_2$ Cl $_2$中沿$\langle$ 100 $\rangle$和$\langle$ 110 $\rangle$的自旋波色散.数据产生一个可靠的估计超交换参数$J$ = 135 $\pm$ 4毫电子伏,使用一个经典的自旋1/2 2D海森堡模型与最近邻相互作用,包括量子涨落。包括进一步交换相互作用增加估计$J$ = 141毫电子伏。磁布里渊区边界点(1/2,1,0)和(1/4,1,1/4)之间的40 meV色散表明该化合物中次近邻相互作用介于La $_{2}$ CuO $_4$和Sr $_2$ CuO $_2$ Cl $_2$中的值之间。由于低$Z$元素组成的Ca $_2$ CuO $_2$ Cl $_2$,目前的结果可以使一个可靠的比较与量子多体计算的预测,这将提高我们的理解的作用,磁激发和电子关联在铜酸盐。
2017-03-07 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Majorana chiral spin liquid in Mott insulating cuprates
最近在莫特绝缘铜氧化物中检测到的大的霍尔热导率已被归因于手性中性自旋激发。发现具有Majorana激发、Chern数+/-4和大Hall热导率的量子自旋液体是正方晶格上受抑海森堡模型的激发态.使用马约拉纳平均场论和精确对角化,我们探索了两种可能的路线,以实现这种手性量子自旋液体,施加磁场的轨道效应和自旋轨道耦合,目前在铜酸盐。特别是,我们展示了如何只有轨道磁场才允许该拓扑相成为基态,而在Dzyaloshinskiii-Moriya项下,它仍然是马约拉纳平均场的激发态。我们解释了在莫特铜氧化物中观察到的大的热霍尔效应,从它们非常接近到可以由外部磁场诱导的Majorana手性量子自旋液体的过渡。
2021-12-30 cond-mat.str-el
Momentum dependent light scattering in insulating cuprates
本文研究正方晶格上自旋$-{1/2}$海森堡模型中的非弹性X射线散射问题。我们首先推导出一个动量相关的散射算子的$A_{1g}$和$B_{1g}$偏振几何。自旋波分析的基础上,包括磁振子-磁振子相互作用和精确对角化,我们确定的光谱的定性形状。我们认为,我们的研究结果可能是相关的,以帮助解释非弹性x射线散射实验中的反铁磁相的铜酸盐。
2007-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Charge and Spin Ordering in Insulating Na$_{0.5}$CoO$_2$: Effects of Correlation and Symmetry
采用从头算能带理论研究了绝缘Na $_{0.5}$ CoO $_2$中的电荷分离、电荷有序和自旋有序.各种有序模式(锯齿形和两个条纹)的四钴超晶胞进行了分析,然后专注于观察到的“异相条纹”模式的反铁磁Co $^{4+}$自旋沿电荷有序条纹。这种模式缓解了挫折感,并显示出与铜酸盐层的明显相似性:一个由反对齐自旋组成的二分晶格,轴成90度角。与铜酸盐的实质性区别也进行了讨论,包括一个新的变体的微小差距的“电荷转移”类型内的Co 3D系统。
2006-03-28 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Electron-Phonon-Driven Three-Dimensional Metallicity in an Insulating Cuprate
晶格对铜氧化物和其他高温超导体的电子性质的作用尽管经过了几十年的理论和实验研究,但仍然存在争议。虽然强电子相关的范例表明绝缘体到金属转变背后的纯电子机制,最近的相互增强的电子-电子和电子-声子相互作用及其相关性的有序相的形成也被强调。在这里,我们结合偏振分辨超快光学光谱和国家的最先进的动态平均场论显示的相关绝缘状态在一个原型的未掺杂的铜酸盐的击穿晶格的重要性。我们确定的电子-声子耦合到特定的完全对称的光学模式在建立一个三维的金属状态,以下电荷光掺杂的签名。沿相关声子坐标的相干位移晶体结构的计算表明,绝缘状态是非常不稳定的金属化,尽管看似大的电荷转移能量尺度。这种迄今为止未观察到的绝缘体到金属的过渡介导的完全对称的晶格模式可以找到广泛的应用在过多的相关固体。
2020-01-08 cond-mat.str-el
Thermally Activated Motion of Sodium Cations in Insulating Parent Low-Silica X Zeolite
我们报告了低硅X沸石中的$^{23}$ Na自旋-晶格弛豫速率,$T_1^{-1}$。$T_1^{-1}$遵循多个BPP型行为,这是绝缘材料中钠阳离子热运动的结果。估计的最低活化能为15 meV,远低于之前在重Na负载样品中观察到的钠运动的100 meV,并且最有可能归因于同一超笼内的钠阳离子在位点之间的短距离跳跃。
2017-07-06 cond-mat.str-el
Spatial Correlations and the Insulating Phase of the High-$T_c$ Cuprates: Insights from a Configuration-Interaction-Based Solver for Dynamical Mean Field Theory
一个最近提出的组态相互作用为基础的杂质求解器被用来结合单网站和四网站集群动态平均场近似调查的三带铜氧化物模型被认为是描述高转变温度的铜氧化物超导体的电子结构。使用组态相互作用求解器可以验证结果相对于浴轨道数的收敛性。包括在集群近似的空间相关性基本上移动的金属-绝缘体相边界相对于单站点近似的预测,并增加约1 eV以上的单站点的结果的绝缘相的预测能隙。在四位近似中发生的顶点校正行为,以显着增加的值附近的间隙边缘的光学电导率,从而在一个更好的协议与数据。计算揭示了两个不同的相关绝缘状态:“磁相关绝缘体”,其中非平凡的站点间的相关性发挥了重要作用,在稳定的绝缘状态,和强相关绝缘体,其中本地物理足够。计算结果与实验数据的比较表明,铜氧化物处于磁相关的莫特绝缘体状态。
2015-01-28 cond-mat.str-el
Transient terahertz photoconductivity of insulating cuprates
通过研究Sr $_2$ CuO $_2$ Cl $_2$和YBa $_2$ Cu $_3$ O $_6$的瞬态太赫兹光电导,我们建立了氧化铜平面中光载流子输运的详细现象学.峰值光电导饱和的通量,衰减多个皮秒的时间尺度,并演变成一个状态,其特征在于激活运输。的时间依赖性与注量的变化不大,表明衰变是由一阶复合动力学。我们发现,大多数光生载流子的直流光电导的贡献可以忽略不计,我们估计的固有的光生载流子迁移率为0.6-0.7厘米$^2$ /V s在早期的时间,在化学掺杂材料的流动性。
2017-09-20 cond-mat.str-el
Highly unusual, doubly-strongly-correlated, altermagnetic, 3D analogue of parent compounds of high-Tc cuprates
本文分析新化合物CuAg(SO4)2的电子与磁性,揭示其融合Cu2+与Ag2+的双重强关联特征,并指出其不同于HTSC铜氧化物且有助于探索超导与反铁磁。
2024-03-04 cond-mat.str-el
Resonating valence bonds and Fermi surface reconstruction: The resistivity in the underdoped cuprates
欠掺杂铜氧化物的赝能隙相是各种新颖电子现象的宿主。一个例子是直流电阻率,它显示了ab平面中的金属行为,而c轴响应是绝缘的。我们应用一个模型,最初制定的杨,赖斯和张,研究的电阻率在伪间隙阶段。该模型能够再现电阻率的定性特征,包括面内电导率的线性行为的系统偏差,以及沿c轴的绝缘行为。我们将其与弧模型的预测进行比较,并发现类似的定性行为。我们发现,在理解电阻率的最重要的元素是重建的费米面,这使得强限制准粒子的数量允许参与直流传输。
2012-11-05 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Disorder-driven quantum phase transition from antiferromagnetic metal to insulating state in multilayered high-Tc cuprate (Cu,C)Ba2Ca4Cu5Oy
本文报道了氧还原铜基五层高温超导体(Cu,C)Ba_2Ca_4Cu_5O_y的超导特性(Cu-1245(OPT)),其包括五重外平面(OP)和四重内平面(IP)。Cu-1245(OPT)的体SC发生在Tc= 98 K的接近最佳掺杂的OP处,这与先前报道的Cu-1245(OVD)不同其中IP对SC的开始起主要作用。它给出了最佳掺杂层的载流子密度决定其体Tc的证据。静态反铁磁(AFM)有序在IP处通过低温下的零场Cu-NMR证明,无论OP低于98 K时的SC转变如何。这种AFM状态在IP的特征在于由于无序效应在低温下的载流子局域化,而在每层中的载流子密度类似于Hg-1245(OPT),其中AFM金属状态在IP中实现。这一发现加强了相图中的AFM金属相之间存在的AFM绝缘体和SC状态的情况下,理想平坦的CuO 2平面无障碍。
2006-11-30 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Anomalous charge and negative-charge-transfer insulating state in cuprate chain-compound KCuO_2
利用X射线吸收光谱实验和第一性原理计算相结合的方法,我们证明了绝缘KCuO_2中Cu的价态是非常高的,配体-金属(O到Cu)的电荷转移能是负的(Δ ~ -1.5 eV),并且在基态具有类似于高Tc铜酸盐Zhang-Rice态的主要(~60%)配体-空穴特征。与大多数其他形式的Cu^{3+}化合物不同,KCuO_2的Cu 2 p XAS光谱显示出明显的3d^8(Cu^{3+})多重态结构,该多重态结构约占其基态波函数的40%。从头计算结果表明,KCuO_2的带隙主要来自团簇内Cu 3d-O 2 p杂化(t_{pd}),随着t_{pd}的减小,带隙减小.此外,与传统的负电荷转移绝缘体,在KCuO 2的带隙持续甚至库仑排斥U消失的值,强调的重要性,单粒子带结构的影响连接到一维性质的化合物。
2015-04-26 cond-mat.str-el
Magnetic field reveals vanishing Hall response in the normal state of stripe-ordered cuprates
当磁场($H$)抑制欠掺杂铜氧化物的超导电性时,电阻率的弱绝缘行为(即$ρ_{xx}\propto\ln(1/T)$)的起源一直是一个谜。令人惊讶的是,最近在电荷和自旋条纹有序的La-214铜氧化物中观察到的电阻率的高场行为表明金属,而不是绝缘的高场正常状态。在这里,我们报告的霍尔系数消失,在这个领域揭示正常状态的所有$T<(2-6)T_{\mathrm{c}}^{0}$,其中$T_{\mathrm{c}}^{0}$是零场超导转变温度。我们的测量结果表明,这是一个强大的基本属性的正常状态的铜酸盐交织的订单,表现在以前未探索的制度$T$和$H$。高场霍尔系数的行为是从根本上不同于其他铜氧化物,如YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{6+x}$和YBa $_2$ Cu $_4$ O $_{8}$,并可能意味着一个近似的粒子-空穴对称性,是独特的条纹有序铜氧化物。我们的研究结果突出了竞争订单在确定正常状态的铜酸盐的重要作用。
2021-10-08 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Superconductivity in model cuprate as an S=1 pseudomagnon condensation
我们利用S=1的赝自旋形式主义来描述模型高$T_c$铜酸盐的电荷自由度与现场希尔伯特空间减少到三个有效的价中心,名义上Cu $^{1+,\,2+,\,3+}$。从作为量子顺磁基态的模拟物的母体铜氧化物出发,利用Schwinger玻色子技术,我们得到了赝自旋谱和赝磁子凝聚到超导态的相变条件。
2018-11-23 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Insulating Parent Phase and Distinct Doping Evolution to Superconductivity in Single-Layer FeSe/SrTiO3 Films
单层FeSe/SrTiO_3(FeSe/STO)薄膜由于其简单的晶体结构、独特的电子结构和极高的超导转变温度(Tc)而受到人们的广泛关注。单层FeSe/STO薄膜中Tc显著增强的起源以及单层和多层FeSe/STO薄膜之间超导性的二分法仍然存在争议。在这里,我们报告了对单层和多层FeSe/STO薄膜中掺杂的电子结构演变的全面高分辨率角分辨光电子能谱和扫描隧道显微镜/光谱测量。我们发现,单层FeSe/STO薄膜有一个明显的母相和掺杂演变的路线,从根本上不同于多层FeSe/STO薄膜的超导性。单层FeSe/STO薄膜的母相是绝缘的,其掺杂演化过程与铜氧化物超导体中掺杂莫特绝缘体的演化过程非常相似。在多层FeSe/STO薄膜中,通过电子掺杂抑制母体化合物中的有序,从而发生高Tc超导。单层FeSe/STO薄膜代表了铁基超导体中母体化合物是绝缘体的第一个明确情况。我们观察到的独特的母态和掺杂的单层FeSe/STO薄膜的演变提供了关键的洞察力,了解其创纪录的高Tc超导。它们还提供了一种在铁基超导体中实现高温铜酸盐超导体中常见的超导性的新途径。
2019-04-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Magnetic excitations and amplitude fluctuations in insulating cuprates
我们目前的结果从光散射实验的三个绝缘反铁磁铜氧化物,YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{6.05}$,Bi $_2$ Sr $_2$ YCu $_2$ O $_{8+δ}$,和La $_2$ CuO $_4$作为极化和激发能量的函数{使用最新一代的样品。从原始数据中,我们推导出了光谱分辨光谱。$B_{1g}$对称性的光谱形状被发现是几乎普遍的和独立的激发能量。的光谱同意定量预测由场论[ \onlinecite{Weidinger:2015} ]促进精确提取的海森堡耦合$J$。{In此外,发现高能侧的非对称线形与磁化强度的振幅起伏有关。在单独的La $_2$ CuO $_4$中,可以识别来自共振效应的微小贡献。其他对称中的谱并不普适。这些变化可以追溯到弱共振效应和外部贡献。对于所有这三种化合物,我们发现支持手性激发的存在,出现在$A_{2g}$对称性的一个连续的发病略低于$3J$。在La $_2$ CuO $_4$中,在$A_{2g}$连续谱的顶部出现额外的孤立激发。
2018-05-05 cond-mat.str-el
Visualizing the atomic scale electronic structure of the Ca2CuO2Cl2 Mott insulator
虽然铜氧化物的超导机制仍然难以捉摸,但人们普遍认为,问题的核心是掺杂莫特绝缘体的物理性质。铜酸盐母体化合物每个Cu位点具有一个未成对电子,并且通过能带理论预测为半填充金属。然而,强烈的库仑排斥,禁止电子在相邻位置之间跳跃,并导致反铁磁(AF)有序的莫特绝缘体基态。掺杂到CuO 2平面中的载流子破坏绝缘相,并且当载流子密度足够高时出现超导电性。解决高Tc超导性的自然出发点是阐明母体莫特绝缘体的电子结构和单个掺杂电荷的行为。在这里,我们使用扫描隧道显微镜调查的原子尺度的电子结构的Ca 2CuO 2Cl 2母体莫特绝缘体的铜酸盐。首次获得了Mott-Hubbard带隙的电子能谱,揭示了粒子-空穴对称的、空间均匀的Hubbard带。一个单一的电子捐赠的表面缺陷被发现创建一个广泛的间隙电子状态,强烈地定位在空间与空间特性密切相关的AF自旋背景。从掺杂莫特绝缘体的角度来看,母体铜氧化物的前所未有的真实空间电子结构为高Tc超导的起源提供了重要的新线索。
2012-01-01 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Electron doped layered nickelates: spanning the phase diagram of the cuprates
Pr $_4$ Ni $_3$ O $_8$是空穴掺杂层状铜酸盐的过掺杂类似物。在这里,我们通过从头计算表明,Ce掺杂的Pr $_4$ Ni $_3$ O $_8$(Pr $_3$ CeNi $_3$ O $_8$)具有相同的电子结构的反铁磁绝缘相的母体铜酸盐。我们发现,大量的铈掺杂应该是稳定的,其他4+阳离子将产生类似的反铁磁绝缘状态,认为这种配置是强大的层状镍酸盐的足够低的化合价。在不同的$d$填充的铜酸盐的类比表明,接近1/8的中间Ce掺杂浓度应该是一个合适的地方,在这些低价Ni氧化物中寻找超导电性。
2017-05-03 cond-mat.str-el
Cavity magnon-polaritons in cuprate parent compounds
量子物质的腔控制可能为研究和操纵多体系统提供新的途径。一个特别吸引人的想法是使用空腔来增强超导性,特别是在非常规或高$T_c$系统中。受此启发,我们提出了一个方案,用于耦合太赫兹谐振器的反铁磁波动的铜酸盐母体化合物,这被认为是提供胶水的库珀对在超导相。首先,我们推导出与平面氧相关的Neél级磁振子激发和极性声子之间的相互作用。该模式也耦合到腔电场,并且在存在自旋-轨道相互作用的情况下介导腔和磁振子之间的线性耦合,形成杂化磁振子-极化激元。这种杂交与光子动量线性消失,这意味着需要近场光学方法,我们分析一个简单的模型。然后,我们推导出腔和磁振子之间的高阶耦合,它只存在于双层系统中,但不依赖于自旋轨道耦合。这种相互作用被发现是大的,但只耦合到bimagnon运营商。结果,我们发现一个强大的,但严重阻尼,双磁振子腔相互作用,产生高度不对称的腔线形状在强耦合制度。最后,我们概述了几个有趣的扩展我们的理论,包括载流子掺杂的铜氧化物和其他强相关的系统与太赫兹尺度的磁激发的应用。
2021-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Charge trapping and super-Poissonian noise centers in a cuprate high-temperature superconductor
铜氧化物高温超导体在正常状态下的电子性质是非常二维的:ab平面上的输运是完全金属性的,而c轴上的输运是绝缘的,两者之间的比值超过10 ^4。这种各向异性在早期被认为是铜酸盐的奥秘之一,虽然对于它的微观起源存在着广泛不同的建议,但在微观尺度上的经验知之甚少。在这里,我们阐明了一个新开发的扫描噪声光谱技术,不仅可以在空间上映射的电流,但也在时间上的电流波动的绝缘层的属性。我们发现原子尺度的噪声中心,表现出MHz的电流波动40倍的泊松噪声的预期,超过了在介观系统中观察到的。这种行为只能发生在高度极化的绝缘体中,并代表了电荷储存层中电荷捕获的强有力证据。我们的测量结果表明,在三维超导状态下,金属层被可极化的绝缘体隔开。
2018-09-25 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Electronic structure of the parent compound of superconducting infinite-layer nickelates
随着时间的推移,对具有类似于铜酸盐高Tc超导体的物理性质但基于替代过渡金属(例如镍)的氧化物材料的研究已经增长和发展。最近在掺杂的无限层镍酸盐RNiO 2(R =稀土元素)中发现的超导性进一步加强了这些努力。由于晶体结构类似于无限层铜酸盐-过渡金属氧化物层被稀土间隔层隔开-正式的价数计算表明,这些材料具有单价Ni 1+阳离子,其3d电子数与铜酸盐中的Cu 2+相同。在这里,我们使用X-射线光谱与密度泛函理论的音乐会表明,RNiO 2(R = La,Nd)的电子结构,而类似的铜酸盐,包括显着的区别。与在CuO 2平面之间具有绝缘间隔层的铜酸盐不同,无限层镍酸盐中的稀土间隔层支持弱相互作用的三维5d金属态。这种三维的金属态与准二维的,强相关的状态与3dx 2-y2对称性的NiO 2层杂交。因此,无限层镍酸盐可以被视为稀土金属间化合物的兄弟,以重费米子行为而闻名,其中NiO 2相关层扮演类似于稀土重费米子化合物中的4f状态的角色。这种独特的近藤或安德森晶格状的“氧化物金属间化合物”取代了莫特绝缘体,成为掺杂后出现超导性的参考状态。
2019-09-06 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Strength of Correlations in electron and hole doped cuprates
高温超导性是通过在由间隔层隔开的氧化铜层组成的母体化合物中引入空穴来实现的。可以用电子掺杂一些母体化合物,并且它们的物理性质与空穴掺杂的对应物具有一些相似之处,但也有显着差异。在这里,我们使用最近发展的第一性原理方法,研究电子掺杂的铜氧化物,并阐明其行为与空穴掺杂材料如此不同的深层物理原因。我们发现,电子掺杂的化合物是斯莱特绝缘体,例如,绝缘行为是磁性长程序的存在的结果的材料。这与空穴掺杂材料形成鲜明对比,其中母体化合物是Mott电荷转移绝缘体,即由于强电子相关性而不是由于磁序而绝缘的材料。
2010-05-18 cond-mat.str-el
Antiferromagnetic insulating state in layered nickelates at half-filling
我们提供了一组计算实验的基础上\textit{ab initio}计算,以阐明是否可以在相图中的低价层状镍酸盐家庭(R $_{n+1}$ Ni $_n$ O $_{2n+2}$,R=稀土,$n=1-\infty$)接近半填充的铜离子的反铁磁绝缘状态。已经确定的是,在$d^9$填充时,无限层($n=\infty$)镍酸盐是金属的,与预期反铁磁绝缘体的铜酸盐相反。我们表明,对于Ruddlesden-Popper(RP)约化阶段的系列(有限$n$)的反铁磁绝缘基态可以自然地获得,而不是在$d^9$填充,由于间隔RO $_2$萤石板存在于其结构,阻止$c$轴色散。在$n=\infty$镍酸盐中,如果离面R-Ni耦合被抑制,则可以得到相同类型的溶液。我们展示了如何实现这一点,如果一个结构元素,切断$c$ -轴分散引入(即真空在RNiO $_2$的单层,或多层形成的(RNiO $_2$)$_1$ /(RNaO $_2$)$_1$的阻挡层)。
2022-03-03 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Ab-initio description of hole localization and Zhang-Rice singlets in one-dimensional doped cuprates
我们首次提出了基于从头算能带理论的空穴掺杂铜氧化物中自旋补偿极化子(称为Zhang-Rice单线态)的描述,具体地说是一维Ca_{2+x} Y_{2-x} Cu_5 O_(10). Zhang-Rice单线态是与空穴掺杂铜氧化物的奇异行为相关的多粒子组态,源于自发电荷局域化。它们出现在我们的案例研究材料的阈值掺杂以上,依次把绝缘的未掺杂的反铁磁体变成间隙绝缘体,单线态丰富的金属顺磁体,最后,单线态饱和的绝缘diamagnet。
2008-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
d_{3z^2-r^2} Orbital in high-Tc cuprates: Excitonic spectrum, metal-insulator phase diagram, optical conductivity and orbital character of doped holes
采用单位点动力学平均场近似求解了一个高Tc铜氧化物超导体模型,该模型包括铜上的d_{x^2-y^2}和d_{3z^2-r^2}轨道以及相应的氧态.考虑了T(具有顶端氧)和T'(不具有顶端氧)晶体结构。在这两个阶段中,包含的d_{3z^2-r^2}轨道被发现扩大的范围内的电荷转移绝缘相的稳定性。对于相同的电荷转移能量和相互作用强度,T'相被发现是不太强的相关比T相。对于这两种结构,d-d激子被发现在电荷转移间隙。然而,对于所有物理相关的掺杂,费米面被发现只有一个片和d_{3z^2-r^2}的混合到基态波函数仍然可以忽略不计(<5%)。包含额外的轨道被发现不能解决计算和观察到的绝缘状态下的电导率之间的差异。
2011-07-14 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Charge transport in underdoped bilayer cuprates
在t-J模型下,考虑双层相互作用,研究了欠掺杂双层铜氧化物中的电荷输运。虽然双层相互作用导致电子结构中的能带分裂,但电荷输运的定性行为与单层铜氧化物的情况相同。电导率谱显示出一个低能峰和不寻常的中红外波段。该中红外波段随着温度的升高而被严重抑制,而在重欠掺杂区域中的电阻率的特征在于从高温金属样到低温绝缘样行为的交叉,这与实验一致。
2003-05-13 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Observation of the superconducting-insulating transition in a BiSr(La)CuO thin film tuned by varying the oxygen content
我们对单层铜氧化物Bi_2Sr_(2-x)La_xCuO_y(x = 0.6)的薄膜进行了高精度的掺杂控制实验,以观察超导绝缘转变(SIT)。Sr 2 +/La 3+取代(x = 0.6)允许我们从SIT附近的掺杂状态开始,通过真空退火工艺以非常少量改变氧含量来进一步微调SIT。在每次处理后,测量了300 K下的霍尔效应和电阻与T的关系R(T)。从金属侧接近SIT,并且随着T的降低,R(T)表现出高T金属行为,直到温度Tmin,然后是非金属增加(dR/dT< 0),直到在Tc处的超导转变之前的Tp处的最大值。这种重入行为在R(T),通常观察到的铜酸盐接近SIT,是由于在强电子相关性和不均匀性的存在下的相分离现象。我们提出了我们的结果提取R(T)和霍尔效应的研究在该地区接近SIT和绝缘区。相图显示了特征温度与掺杂的关系。
2008-12-22 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Charge Transfer Excitations in Insulating Copper Oxides
用半定量的团簇方法研究了绝缘铜氧化物中电荷转移(CT)电子-空穴的激发,能量范围较宽,可达10- 15 eV。通过在CuO 4嵌入分子团簇方法中考虑完整的Cu 3d和O 2 p轨道,并引入单中心(中心内)类Frenkel激子和双中心(中心间)激子,推广了CT激子的Zhang-Ng(ZN)模型.特别注意在光学和电子能量损失谱(EELS)的过渡矩阵元素的影响。在后一种情况下,我们得到的动量依赖矩阵元素的中心内和中心间的过渡。我们能够以统一的方式给出大量0 D(如CuB_2O_4),1D(Sr_2CuO_3)和2D(如Sr_2CuO_2Cl_2)绝缘铜酸盐的光学和EELS光谱的半定量描述。通过与实验数据的比较,我们发现绝缘铜氧化物中的CT带隙是由近简并的中心内局域激发和中心间CT激子决定的。相应的EELS强度被发现是强烈的k依赖性:即使是孤立的激子,它急剧下降,接近布里渊区(BZ)的边界。结果表明,双中心激子的相互作用可以产生具有强度补偿点的相消干涉效应。
2005-07-29 cond-mat.str-el
Temperature dependence of the electronic structure of Ca3Cu2O4Cl2 Mott insulator
用扫描隧道显微镜研究了Ca_3Cu_2O_4Cl_2铜酸盐母体莫特绝缘体的电子结构随温度的变化。我们发现,随着温度的升高,上哈伯德带向费米能级移动,而电荷转移带基本保持不变。这导致高温下电荷转移间隙尺寸的减小,并且减小的速度比传统半导体快得多。在反铁磁序的Neel温度范围内,电子结构没有突然的变化。这些结果为铜酸盐母体莫特绝缘体的理论模型提供了新的解释。
2021-12-25 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Doping asymmetry in the three-band Hamiltonian for cuprate ladders: failure of the standard model of superconductivity in cuprates
本文通过DMRG计算发现Cu$_2$O$_3$两腿阶梯的三带哈密顿量在电子与空穴掺杂下表现出超导的强不对称性,与实验发现的对称性相矛盾,质疑了铜氧化物超导标准模型。
2023-06-28 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Ferroelectricity in underdoped La-based cuprates
在铜氧化物中掺杂一个反铁磁莫特绝缘体导致短程电子关联,并最终导致高Tc超导。然而,在轻掺杂的铜酸盐的电荷相关性的性质仍然不清楚。了解的中间电子相的相图(之间的父绝缘体和高Tc超导体),预计将阐明内部和外部的超导圆顶,特别是在欠掺杂区域的复杂性。其中一个阶段是铁电性,其起源和与高Tc超导体性质的关系是当前研究的主题。在这里,我们表明,铁电性和相关的磁电耦合实际上是常见的La-214铜酸盐,即La $_{2-x}$ Sr $_x$ CuO $_4$,La $_2$ Li $_x$ Cu $_{1-x}$ O $_4$和La $_2$ CuO $_{4+x}$。有人提出,铁电性的结果从本地CuO $_6$八面体扭曲,与掺杂剂原子和/或掺杂的载流子的集群,这打破了空间反转对称性在本地尺度,而磁电耦合可以通过Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用调谐。
2014-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Landscape of coexisting excitonic states in the insulating single-layer cuprates and nickelates
我们提出了一个$\textit{ab initio}$研究的原型高温超导体La $_2$ CuO $_4$的激子态,并比较它们的同构单层镍酸盐La $_2$ NiO $_4$。低能电子结构的关键差异导致非常不同的激子行为。La $_2$ CuO $_4$中的激子是离域的,并且可以在CuO $_2$平面中自由移动而不干扰反铁磁有序。相反,在La $_2$ NiO $_4$中,我们发现低位激子态是非常本地化的,产生几乎平坦的色散。理论上得到的激子色散和行为与RIXS观测结果非常一致。为了对激子进行分类,我们将电子-空穴耦合投影到每个原子位点上,包括原子轨道的全部流形。我们发现激子是由激子类的线性组合,包括莫特-哈伯德,$d-d$,和电荷转移。这些激发的含义高$T_c$配对机制进行了讨论。
2020-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Experimental determination of the microscopic origin of magnetism in parent iron pnictides
像高Tc铜氧化物一样,新发现的铁基超导体非常接近磁有序的母相。然而,虽然已知母体铜氧化物中的磁性有序来自自旋-自旋局部超交换相互作用,但包括中子散射在内的大量实验迄今为止都无法最终解决局部矩海森堡描述是否适用于母体铁基化合物,或者磁性是否来自集体SDW有序不稳定性。这两种替代方案原则上可以通过测量磁有序相的低能动量分辨体代表性电子结构来区分。利用偏振相关的ARPES和STM的组合,我们已经分离出完整的低-躺在大块代表性的电子结构的磁性SrFe_2As_2与d-轨道对称性的第一次。我们的研究结果表明,虽然具有不同的铁d轨道特性的多个频带确实有助于电荷传输,只有一对具有相反的镜像对称性的频带微观上表现出巡回SDW不稳定性的能量尺度上的顺序为50毫电子伏。低于T_SDW的轨道分辨能带拓扑结构唯一地指向铁磷属元素的反铁磁性的嵌套驱动能带杂化机制,并且与不寻常的各向异性磁密度波态相一致。此外,这些结果对许多需要严格的局部磁矩磁性出发点的磷属元素化物超导理论提出了强有力的约束。
2008-12-12 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Intra pseudogap- and superconductivity-pair spin and charge fluctuations and underdome metal-insulator (fermion-boson)-crossover phenomena as keystones of cuprate physics
铜氧化物实验中最有趣的观察结果很可能是金属-绝缘体-交叉(MIC),当超导性被抑制时,在强磁场下铜氧化物的温度掺杂相图的穹顶下区域中可以看到。这种介电效应导致了热导率下降、反常洛仑兹比、非线性熵、绝缘基态、向列相和条纹相以及费米口袋等现象,揭示了赝能隙正常相的非常规介电特性。由于传统的超导性是从导电的正常相出现的,因此理解超导性是如何从绝缘态产生的就成为了一个基本问题,因此也是所有铜氧化物物理学的基石。最近,在解释物理可视化扫描隧道显微镜(STM)的实空间纳米区域(NR),表现出一个能隙,我们已经成功地理解,这些NR的最小尺寸提供赝能隙和超导对,这是单玻色子。在这项工作中,我们讨论了粒子内的磁自旋和电荷的波动,最近观察到的隐藏的磁秩序和STM实验中的这些玻色子。我们发现,在我们最近发展的库仑单玻色子和单费米子双液体模型中,上述所有的MIC现象都可以得到,MIC是单费米子的样本简化NR到单玻色子的样本简化NR的交叉。
2016-06-07 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Visualizing the evolution from the Mott insulator to a charge ordered insulator in lightly doped cuprates
高温铜氧化物超导体中的一个中心问题是电荷掺杂后母体莫特绝缘体的命运。在这里,我们使用扫描隧道显微镜调查的本地电子结构的轻掺杂铜酸盐在反铁磁绝缘制度。我们发现,掺杂的电荷诱导的光谱重量转移从高能量的哈伯德带的低能量的间隙状态。随着掺杂浓度的增加,费米能级出现V型态密度抑制,并伴随着棋盘电荷序的出现。新的STM观点揭示了这里是铜酸盐首先成为一个电荷有序的绝缘体掺杂。随后,进一步掺杂,费米面和高温超导性生长出来。
2015-08-23 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Electronic Evolution from the Parent Mott Insulator to a Superconductor in Lightly Hole-Doped Bi2Sr2CaCu2O8+delta
通过在莫特绝缘体中掺杂载流子实现了铜氧化物的高温超导性。一个中心问题是当引入载流子时,这种绝缘状态如何演变成导电或超导状态。在此,通过原位真空退火和Rb沉积在Bi2Sr2Ca0.6Dy0.4Cu2O8+ δ(Bi 2212)样品表面上,以将其掺杂水平从深度欠掺杂连续地推高,(Tc=25 K,掺杂水平p-0.066)到接近零掺杂的母体莫特绝缘体,角分辨光电子能谱测量进行观察的详细电子结构的演变轻空穴,第一次进入掺杂区。我们的结果表明,化学势位于约1 eV以上的电荷转移带的母态在零掺杂,这是非常接近的上哈伯德带。随着空穴掺杂量的增加,化学势不断向电荷转移带方向移动,能带结构演化呈现刚性的带移行为。当化学势接近电荷转移带时(掺杂浓度为-0.05),费米能级附近的节谱权重增大,出现准粒子相干峰和绝缘体-超导体跃迁。我们的观察提供了关键的见解,在理解绝缘体-超导体的过渡掺杂的母体铜酸盐化合物和建立相关的理论。
2020-08-02 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Quantum Confinement Induced Molecular Mott Insulating State in La$_4$Ni$_3$O$_8$
最近合成的层状镍酸盐La $_4$ Ni $_3$ O $_8$及其铜酸盐样NiO $_2$层似乎需要Ni 1($d^8$)+2 Ni 2($d^9$)电荷顺序以及强相关效应来解释其绝缘行为。使用密度泛函方法,包括强原子内排斥(Hubbard U),我们通过一种新的机制获得绝缘状态:{ \it没有电荷顺序},莫特绝缘行为产生的基础上量子耦合,自旋对齐的Ni 2-Ni 1-Ni 2 $d_{z^2}$状态跨三层(而不是基于原子状态),层内的反铁磁有序。细胞之间的弱的和受抑的磁耦合可以解释在105 K的Néel跃迁处被去除的小的自旋熵和在Néel点处没有任何衍射峰。
2010-08-16 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Competing orders suppressed by disorder around a hidden quantum critical point in cuprate high Tc superconductors
我们报告广泛的μ子自旋旋转测量轻掺杂Y1-xCaxBa 2Cu 3 O 6 +y化合物,这使我们能够解开的影响,控制随机Ca 2+取代,从纯粹的掺杂。轻掺杂的铜酸盐的3D相图被准确地绘制出来,表明热激活的反铁磁相与超导性在量子临界点周围竞争,隐藏在冻结的绝缘磁状态之下。无序抑制了两个竞争的序参量,并揭示了潜在的冻结状态。掺杂和无序破坏了激活的磁相沿着线的第一级相变,在临界点结束。
2010-10-13 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Late transition-metal oxides with infinite-layer structure: Nickelates versus cuprates
比较了无限层化合物NdNiO $_2$和SrCuO $_2$在化学计量比和有限空穴掺杂下的相关电子结构。关键的区别是阐明从先进的第一性原理多体的角度来看。与电荷转移绝缘铜酸盐相反,即使对于大的相互作用强度,自掺杂镍酸盐也保持非绝缘,尽管Ni- $d_{x^2-y^2}$光谱权重在该极限中也有缺口。Ni $(3d)$和Nd $(5d)$之间的杂化对于自掺杂带的出现是至关重要的。在实际的空穴掺杂后,Sr $_{1-y}$ CuO $_2$在低能量下显示出预期的混合氧-Cu- $d_{x^2-y^2}$(Zhang-Rice)态。在Nd $_{1-x}$ Sr $_x$ NiO $_2$的情况下,自掺杂带被转移到更高的能量和掺杂依赖的$d_{z^2}$ -与- $d_{x^2-y^2}$竞争镍被揭示。在无限层镍酸盐中缺乏显著的张-赖斯物理学,这可能与理解超导$T_{\rm c}$的显著差异有关。
2020-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con