与孤立的C $_{60}^{3-}$离子相比,立方富勒烯中的Jahn-Teller(JT)效应还受到C $_{60}$位置的JT畸变与晶格振动模的相互作用的影响.这导致修改JT稳定能量和翘曲的槽在每个富勒烯网站,以及JT扭曲在不同的网站的相互作用。本文研究了A=K,Rb,Cs的fcc富勒烯和bcc(A_(15))结构的Cs $_3$ C $_{60}$的这些效应。对全有序晶格(1 C $_{60}$/u.c.)进行了C $_{60}$位置的轨道电子振动耦合常数和声子谱的DFT计算。在此基础上,对局部JT畸变的弹性响应函数进行了估算,并对最低APES进行了研究。为此,已推导出一个表达式,后者的功能槽坐标的所有网站。结果表明,JT的稳定化能量略有增加相比,一个孤立的C $_{60}^{3-}$和几个meV的波谷发生翘曲。最近和次最近邻富勒烯网站上的JT扭曲的相互作用是类似的数量级。这些效应首先是由于C $_{60}$位点与邻近碱原子的位移的相互作用而产生的,并且在fcc富勒烯中比在A15化合物中更明显。研究结果支持了立方A $_3$ C $_{60}$中C $_{60}$位JT形变弱受阻独立转动的观点。
英文摘要:
Compared to isolated C$_{60}^{3-}$ ions, characterized by a threedimensional equipotential trough at the bottom of the lowest adiabatic potential energy surface (APES), the Jahn-Teller (JT) effect in cubic fullerides is additionally influenced by the interaction of JT distortions at C$_{60}$ sites with vibrational modes of the lattice. This leads to modification of JT stabilization energy and to the warping of the trough at each fullerene site, as well as to the interaction of JT distortions at different sites. Here we investigate these effects in three fcc fullerides with A=K,Rb,Cs and in Cs$_3$C$_{60}$ with bcc (A15) structure. DFT calculations of orbital vibronic coupling constants at C$_{60}$ sites and of phonon spectra have been done for fully ordered lattices (1 C$_{60}$/u.c.). Based on them the elastic response function for local JT distortions has been evaluated and the lowest APES investigated. To this end an expression for the latter in function of trough coordinates of all sites has been derived. The results show that the JT stabilization energy slightly increases compared to an isolated C$_{60}^{3-}$ and a warping of the trough of few meV occurs. The interaction of JT distortions on nearest- and next-nearest-neighbor fullerene sites is of similar order of magnitude. These effects arise first of all due to the interaction of C$_{60}$ sites with the displacements of neighbor alkali atoms and are more pronounced in fcc fullerides than in the A15 compound. The results of this study support the picture of weakly hindered independent rotations of JT deformations at C$_{60}$ sites in cubic A$_3$C$_{60}$.
Dynamical Jahn--Teller instability in metallic fullerides
动力学Jahn-Teller效应至今还没有在金属系统中直接观察到。特别地,它被认为在具有轨道简并位点的相关导体中也被猝灭,例如立方富勒烯。本文将Gutzwiller方法推广到具有Jahn-Teller活性位的金属上,并应用于KPDMATHABMM C $_{60}$基态的研究.结果表明,当C $_{60}$位上的电子间排斥$U$超过某一临界值时,该材料的动力学Jahn-Teller不稳定性充分发展.后者被发现是低于目前估计的$U$,这意味着动力学Jahn-Teller效应发生在所有立方富勒烯。这导致了C $_{60}$位点上LUMO轨道的强烈分裂,并要求重新考虑轨道简并在富勒烯中的Mott-Hubbard转变中的作用。
Orbital disproportionation of electronic density - a universal feature of alkali-doped fullerides
碱金属掺杂的富勒烯化合物A $_n$ C $_{60}$在A= Li、Na、K、Rb、Cs和掺杂度$n=1-5$的函数中显示出非常宽的电子相范围。虽然强电子相关性的存在是公认的,最近的调查也给出了证据的动态扬-泰勒不稳定性的绝缘和金属相的A $_3$ C $_{60}$。为了揭示这些相互作用在富勒烯甚至$n$的相互作用,我们解决了电子阶段的$_4$ C $_{60}$与准确的多体计算在一个现实的电子模型,包括所有基本的相互作用提取的第一原则。我们发现在这些材料中也总是存在Jahn-Teller不稳定性。更值得注意的是,与强关联的A $_3$ C $_{60}$形成鲜明对比,A $_4$ C $_{60}$显示不相关的带绝缘状态,尽管在两个富勒烯中存在非常相似的相互作用。结果表明,简并LUMO带的Jahn-Teller不稳定性和伴随的电子密度轨道偏移是富勒烯的普遍特征。
Manifestation of vibronic dynamics in infrared spectra of Mott insulating fullerides
红外光谱的精细结构和温度演化已被广泛地用于探索相关材料中Jahn-Teller动力学的本质。同时,从红外光谱中充分提取复杂的电子振动动力学信息的理论框架仍然缺乏。本文发展了动力学Jahn-Teller体系红外光谱的第一性原理理论,并将其应用于Mott绝缘Cs $_3$ C $_{60}$ .利用计算的Jahn-Teller耦合参数和红外主动振动模式的耦合参数,阐明了动力学Jahn-Teller效应在红外光谱中的表现。特别地,解释了红外线形状的温度演化。根据所得结果讨论了金属富勒烯中后者向Fano共振型的转变。
Dynamical Jahn--Teller effect and antiferromagnetism in Cs$_3$C$_{60}$
用从头算方法研究了绝缘Cs $_3$ C $_{60}$中富勒烯位的动力学Jahn-Teller效应.旋转型的电子振动激发是在$\ge$ 65厘米$^{-1}$,而净动力学贡献的Jahn-Teller稳定能量构成约90毫电子伏。这意味着在这些富勒烯中不可能存在分子间相互作用引起的畸变,因此,在每个C $_{60}$上独立地发生变形的自由旋转。后者破坏了轨道有序性,并在富勒烯位点上建立了$S=1/2$之间的常规交换相互作用。导出了相应的交换模型,预测了A15 Cs $_3$ C $_{60}$的Néel温度,与实验结果接近.
Jahn-Teller, Charge and Magnetic Ordering in half-doped Manganese Oxides
本文用单轨道模型研究了分子式为A_{0.5} A '_{0.5}MnO_3的半掺杂锰氧化物体系的相图,该模型考虑了磁双交换和超交换,以及位间库仑和电子-晶格相互作用。强Jahn-Teller和呼吸模式变形一起竞争,导致剪切晶格变形。后者使电荷有序的CE型相稳定,CE型相随着温度或磁场经历一阶转变,成为铁磁金属相或顺磁绝缘相。一个基本特征是自洽屏蔽库仑和电子-声子相互作用的铁磁相。
Spin Driven Jahn-Teller Distortion in a Pyrochlore system
研究了角共享四面体烧绿石晶格上自旋为1的反铁磁海森堡模型的基态性质。通过将每个自旋分解为一对1/2自旋,将问题简化为与一维价键固态类似的自旋1/2四面体网络的等价问题。四面体的自旋单态的双重简并度通过Jahn-Teller机制提升,导致立方结构到四面体结构的转变。提出了自旋为1的尖晶石化合物ZnV $_2$ O $_4$和MgV $_2$ O $_4$的相变机理。
Cooperative cluster-Jahn-Teller effect as a possible route to antiferroelectricity
我们报道了在立方GaNb $_4$ S $_8$中观察到的反极性相,该反极性相由非常规的微观机制驱动,Nb $_4$ S $_4$分子团簇的合作Jahn-Teller效应。反极性性质的分配是基于晶体结构的突然变化和介电常数在$T_\mathrm{JT}=31$ \,K处的强烈下降,这也表明了过渡的一阶性质。此外,我们发现,本地对称性降低之前的远程轨道有序,这意味着在立方相以上$T_\mathrm{JT}$的动态Jahn-Teller效应的存在。基于各种结构多晶型报道的腔隙尖晶石,也包括铁电相,我们认为,GaNb $_4$ S $_8$可能是可转化的铁电状态,这将进一步分类所观察到的反极性相反铁电。
Orbital Dimerization and Dynamic Jahn-Teller Effect in NaTiSi$_2$O$_6$
本文用Raman散射技术研究了辉石化合物NaMSi $_2$ O $_6$(M=Ti,V,Cr)的两种相变。在准一维S=1/2系统NaTiSi $_2$ O $_6$中,我们观察到了反常的高温声子展宽,以及在210 K的相变中声子能量和线宽的大幅度变化。声子异常起源于轨道有序无序相变和这些结果-结合理论的考虑-表明,高温动力学Jahn-Teller相的NaTiSi $_2$ O $_6$表现出自发破坏的平移对称性的二聚化,Jahn-Teller扭曲,轨道有序状态下形成的自旋价键。在S=1的NaVSi $_2$ O $_6$的轨道自由度被强烈抑制,磁激发在海森堡模型中得到很好的描述,表明在T $_N$ = 19 K时,该系统反铁磁有序。