Orbital-Selective Spin-Orbit Mott Insulator in Fractional Valence Iridate La$_3$Ir$_3$O$_{11}$
Henan University（河南大学）；Henan Academy of Sciences（河南省科学院）；Westlake University（西湖大学）；Shandong University（山东大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；Tianjin University（天津大学）；Nanjing University（南京大学）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
Kai Wang, Jun Yang, Chaoyang Kang, Weikang Wu, Wenka Zhu, Jianzhou Zhao, Yaomin Dai, Bing Xu
The combination of strong spin-orbit coupling and Coulomb interactions makes the $5d$ iridates a unique platform for realizing novel correlated electronic states. Here, utilizing infrared spectroscopy, we demonstrate that a robust Mott insulating state persists in the $1/3$-hole self-doped system La$_3$Ir$_3$O$_{11}$, evidenced by the collapse of the Drude response and the emergence of sharp excitations across the Mott gap. Our theoretical calculations reveal that the insulating behavior arises from the cooperative interplay of structural distortions, spin-orbit coupling, and Coulomb interactions. Specifically, octahedral distortion and Ir-Ir dimerization split the $t_{2g}$ orbitals, driving the $J_{\mathrm{eff}} = 1/2$ bands toward half-filling while keeping the $J_{\mathrm{eff}} = 3/2$ bands away from it. Consequently, electron correlations induce an orbital-selective Mott transition in the $J_{\mathrm{eff}} = 1/2$ bands, whereas a band-insulating gap develops in the $J_{\mathrm{eff}} = 3/2$ bands, thereby stabilizing the unconventional insulating state in La$_3$Ir$_3$O$_{11}$. These findings provide new insights into the design and understanding of the insulating ground state of spin-orbit-coupled iridates.
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。
Frustration induced non-Curie-Weiss paramagnetism in La3Ir3O11: a fractional-valence-state iridate
实验和理论研究进行了La 3 Ir 3 O 11，一个铱酸盐托管+4.33分数价态的Ir离子和一个三维阻挫结构组成的边缘共享Ir 2 O 10二聚体。预计这些特征将增强位点间跳跃并减少铱离子的磁矩。然而，自旋-轨道驱动的莫特绝缘输运被观察到，这是支持我们的第一性原理计算。最重要的是，几何挫折和竞争相互作用导致非居里-外斯顺磁基态，揭示了没有磁序低至2 K。这种不寻常的状态进一步证明了理论建模过程中，提出了一个可能的候选人的自旋液体状态。
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。
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。
Slater to Mott crossover in the metal to insulator transition of Nd2Ir2O7
我们提出了一个角度分辨的光电子能谱研究的三维烧绿石铱酸盐Nd 2 Ir 2 O 7通过其磁性金属-绝缘体转变的电子结构。我们的数据表明，金属Nd 2 Ir 2 O 7有一个二次带，接触费米能级在伽马点，类似于Pr 2 Ir 2 O 7。因此，费米节点状态是烧绿石铱酸盐的金属相的共同特征。当冷却到转变温度以下时，该化合物表现出带隙开口，具有像带隙绝缘体的准粒子峰的能量偏移。然而，随着温度的进一步降低，准粒子峰被强烈抑制，并最终在最低温度下消失，留下缺乏长寿命电子的非色散平坦带。因此，我们确定了一个显着的交叉从斯莱特到莫特绝缘体随着温度的降低。这些观察结果解释了这种材料中令人困惑的外尔点的缺失，尽管它接近于零温度金属-绝缘体转变。
Doping induced Mott collapse and the density wave instabilities in (Sr$_{1-x}$La$_x$)$_3$Ir$_2$O$_7$
从Mott绝缘相到高温超导性的路径遇到了一组丰富的非常规现象，涉及绝缘体到金属的转变（IMT），如涌现的电子秩序和赝能隙，最终影响库珀对的凝聚。理解这些现象的起源的一个巨大障碍是难以接近母态的掺杂水平。最近，钙钛矿铱酸锶的J $_{eff}$ =1/2 Mott态揭示了与铜酸盐有趣的相似之处，其优点是它提供了独特的Mott转变途径。在这里，我们利用这种可访问性来研究的IMT和附近可能的电子顺序在电子掺杂的双层铱酸盐（Sr $_{1-x}$ La $_x$）$_3$ Ir $_2$ O $_7$。使用光谱成像扫描隧道显微镜，我们图像的La掺杂剂的顶部以及层间SrO平面。令人惊讶的是，我们发现一个不成比例的分布在这些层与层间层La是主要负责的IMT，从而揭示了不同的网站依赖性的影响掺杂剂的双层系统的电子性能。此外，我们发现由电子掺杂产生的两个电子秩序的共存：一个单向的电子秩序与伴随的结构畸变;和本地共振态形成棋盘状图案被La捕获。这提供了证据表明，多个电荷顺序可能同时存在于莫特系统中，即使只有一个带穿过费米能量。
Almost pure $J_{\mathrm{eff}} = 1/2$ Mott state of In$_2$Ir$_2$O$_7$ in the limit of reduced inter-site hopping
铱酸烧绿石In $_2$ Ir $_2$ O $_7$是一种强$J_{\mathrm{eff}} = 1/2$莫特绝缘体，具有受抑磁性。尽管三角晶场很大，但与其他烧绿石铱酸盐A $_2$ Ir $_2$ O $_7$（A：三价阳离子）相比，观察到$J_{\mathrm{eff}} = 1/2$带中$J_{\mathrm{eff}} = 3/2$组分的少量混合物和$J_{\mathrm{eff}} = 3/2$带的少量分裂。我们认为，减少之间的$J_{\mathrm{eff}} = 1/2$和$J_{\mathrm{eff}} = 3/2$流形的站点跳跃起着主导作用，在不同的行为中的In $_2$ Ir $_2$ O $_7$相比，其他A $_2$ Ir $_2$ O $_7$。在自旋-轨道纠缠$J_{\mathrm{eff}} = 1/2$莫特绝缘体的局域物理中，不应忽略格点间跳跃的影响。
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。
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$η$。
A charge density wave-like instability in a doped spin-orbit-assisted weak Mott insulator
层状钙钛矿铱酸盐实现了一类罕见的莫特绝缘体，被预测为强自旋-轨道耦合的铜酸盐高温超导体的母态类似物。最近在掺杂Sr $_2$ IrO $_4$中发现的赝隙、磁多极有序和可能的$d$波超导相加强了单层变体之间的这种类比。然而，与双层铜酸盐不同，在掺杂的双层铱酸盐Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$中没有报道电子不稳定性。在这里，我们表明，Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$实现了一个弱的莫特态，没有铜酸盐类似物，通过使用超快时间分辨的光学反射率揭示其绝缘间隙和反铁磁性之间的密切联系。然而，我们检测到一个微妙的电荷密度波的费米面不稳定性金属电子掺杂的Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$在温度（$T_{DW}$）接近200 K通过其集体模式的相干振荡，这让人想起观察到的铜酸盐。衍射、扫描隧穿和基于光电发射的探针中没有任何低于$T_{DW}$的新空间周期性的特征表明了这种密度波阶的非常规和可能的短程性质。
Optical conductivity of the metallic pyrochlore iridate Pr$_2$Ir$_2$O$_7$: Influence of spin-orbit coupling and electronic correlations on the electronic structure
