采用密度泛函理论结合动力学平均场论理论,研究了钴磷属元素化合物ACo 2As 2(A=Ba,Sr,Ca)顺磁态的电子结构、电荷和自旋动力学.与它们的铁对应物相比,这些钴磷属化合物具有三维电子结构和强铁磁低能自旋激发。Co的3d eg轨道在费米能级附近占据主导地位,并且具有比Co的3d t2 g轨道更强的电子关联强度。整体的电子关联强度比铁砷化物弱得多,然而,最强关联的Co 3d x2-y2轨道,特别是在CaCo 2As 2中,具有与铁砷化物中的Fe 3d t2 g轨道相当的电子关联强度。ACo_2As_2(A=Ba,Sr,Ca)具有相似的电子结构,其导带主要为Co 3d x_2-y_2轨道,在布里渊区拐角处接近Van Hove奇点,这促进了铁磁低能自旋激发。CaCo_2As_2中Co_3dx_2-y_2轨道的强电子关联强度和与Van Hove奇点的紧密接近是导致其独特的A型反铁磁有序的原因,这是由于其最近邻Co-Co距离的增加和As离Co面高度的显著降低.相比之下,尽管大量的铁磁低能自旋激发,BaCo 2As 2和SrCo 2As 2保持顺磁性下降到非常低的温度,因为Co 3d x2-y2轨道具有较弱的电子相关强度,并进一步远离范霍夫奇点。
英文摘要:
The electronic structures, charge and spin dynamics of the cobalt pnictide compounds ACo2As2 (A=Ba, Sr, Ca) in the paramagnetic state are investigated by using density functional theory combined with dynamical mean-field theory. In contrast to their iron counterparts, these cobalt pnictide compounds have three-dimensional electronic structures and strong ferromagnetic low-energy spin excitations. The Co 3d eg orbitals dominate the electronic states around the Fermi level and have stronger electronic correlation strength than the Co 3d t2g orbitals. The overall electronic correlation strength is much weaker than that in the iron arsenides, however, the most strongly correlated Co 3d x2-y2 orbital, especially in CaCo2As2, has electronic correlation strength comparable to Fe 3d t2g orbitals in iron arsenides. ACo2As2 (A=Ba, Sr, Ca) shows similar electronic structures where a conduction band of primarily Co 3d x2-y2 orbital character is close to a Van Hove singularity around the Brillouin-zone corner, which promotes ferromagnetic low-energy spin excitations. Originated from its increased nearest-neighbor Co-Co distance and significantly reduced As height from the Co plane, the strong electronic correlation strength and close proximity to the Van Hove singularity of the Co 3d x2-y2 orbital in CaCo2As2 is responsible for its unique A-type antiferromagnetic order observed in experiments. In comparison, despite substantial ferromagnetic low-energy spin excitations, BaCo2As2 and SrCo2As2 remain paramagnetic down to very low temperature because the Co 3d x2-y2 orbital has weaker electronic correlation strength and is further away from the Van Hove singularity.
Spin correlated electronic state on the surface of a spin-orbit Mott system (Layered Iridates)
二维电子系统的新相是由新的表面或界面修饰的电子结构引起的,在材料科学中引起了极大的兴趣。我们利用光电子能谱表明,近表面的电子结构的体绝缘铱酸盐Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$位于附近的金属-莫特绝缘体过渡表现出弱的金属性表示有限的电子光谱重量在费米能级。表面电子表现出独特的自旋结构,由自旋轨道,库仑相互作用和表面量子磁性的相互作用,不同于拓扑绝缘体状态。我们的研究结果表明,一个新的准二维相互作用电子表面基态的实验实现,打开了大门,奇异的量子纠缠和输运现象的铱基氧化物器件。
Role of spin orbit coupling and electron correlation in the ground state properties of 5d electronic states
电子相关强度被预测为弱的5d过渡金属氧化物,因此,在这些系统中观察到的各种异常的电子特性往往归因于大的自旋轨道相互作用强度。采用第一性原理方法,研究了在150 K以下具有铁磁相的绝缘体Y2 Ir 2 O 7的电子结构.结果显示上述两种范式的崩溃。自旋-轨道相互作用的作用被认为是边际在确定的基态属性的Y2 Ir 2 O 7。一个大的电子相关强度是必需的,以获得实验体光谱是一致的散装性能。
Electronic structure, spin excitations, and orbital ordering in a three-orbital model for iron pnictides
提出了一个包含d_{xz},d_{yz}和d_{xy} Fe 3d轨道的三轨道巡游电子模型,用于理解铁磷属元素化物的(π,0)有序磁性和磁激发.结果表明,该模型在半填充产生一个缺口(π,0)磁状态具有高度的鲁棒性和稳定性,并同时再现几个实验观察到的功能,如电子结构,自旋激发,以及铁轨道之间的顺序d_{xz}和d_{yz}轨道。
Application of the Mössbauer spectroscopy to study harmonically modulated electronic structures: case study of charge- and spin-density waves in Cr and its alloys
Electronic charge transfer driven by spin cycloidal structure
利用μ子自旋旋转和共振软X射线散射实验研究了原型多铁性材料RMn_2O_5(R = Y,Sm)的局域电位移是由自旋电流机制驱动的.小的局部电位移进行了评估,通过观察自旋极化在配体O离子,其中注入μ子作为一个非常敏感的探针。我们的研究结果为YMn2O5提供了证据,形成一个自旋摆线链与Mn自旋的O离子的自旋极化增加成比例的Mn离子的矢量自旋手征(Si x Sj)。这种关系强烈地表明,O和Mn离子之间的电荷转移是由SC机制驱动的,这导致了伴随O自旋极化的铁电性。
Spin-lattice relaxation in the mixed state of the high-$T_c$ cuprates: electronic spin-flip scattering versus spin-fluctuations
最近的实验和理论研究已经确定,在核磁共振(NMR)实验中测量的自旋-晶格弛豫速率,$1/T_1$,是一个高-$T_c$铜酸盐的混合状态的电子光谱的位置敏感探针。虽然一些研究小组认为$1/T_1$仅仅是由BCS类电子的自旋翻转散射决定的,但其他研究小组强调了反铁磁自旋涨落的重要性。我们发现,这两种弛豫机制产生了{\it定性}不同的温度和频率依赖性的$^{17}$ O $1/T_1$。我们的结果与实验$^{17}$ O $1/T_1$数据的比较提供了支持的弛豫机制占主导地位的反铁磁自旋波动。
Electronic structure of spin frustrated magnets: Mn$_3$O$_4$ spinel and postspinel
Mn $_3$ O $_4$是自旋受抑磁体,其在环境条件下采用四方扭曲尖晶石结构,在高压下采用CaMn $_2$ O $_4$型后尖晶石结构。我们进行了光学测量和\emph{ab} \emph{initio}计算,并系统地研究了尖晶石和后尖晶石Mn $_3$ O $_4$相的电子能带结构。对于这两个阶段,理论电子结构是一致的光学吸收光谱,并显示特征带分裂的导带。从吸收光谱获得的带隙为1.91(6)eV的尖晶石相,和0.94(2)eV的后尖晶石相。两相都是电荷转移型绝缘体。Mn3 \emph{d} $t_2$ $_g$和O2 \emph{p}在导带形成能量较高的反键轨道.
Orbital-selective electronic modes induced by doping and originating from distinct spin excitations: an essential feature of orbital-selective Mott transition
Research Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science(物质纳米结构研究中心,日本国立物质材料研究所)
Electronic Structure of the Topological Insulator Bi2Se3 Using Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy: Evidence for a Nearly Full Surface Spin Polarization
我们进行了高分辨率的自旋和角度分辨光电子能谱研究的电子结构和自旋织构的Bi $_2$ Se $_3$,一个模型拓扑绝缘体的表面。通过调节光子能量,我们发现在体布里渊区的$k_z=Z$平面附近,拓扑表面态与体态有很好的分离。该区域的自旋分辨测量表明表面态$\sim 0.75$的自旋极化程度非常高,远高于先前报道的。我们的研究结果表明,在Bi $_2$ Se $_3$上的拓扑表面态是高度自旋极化的,并且限制极化的主导因素主要是外在的。