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为了理解过渡金属化合物中电子关联和磁性之间的竞争和共存关系，本研究首先通过制备高质量的层状晶体CrSiTe3，进而通过角分辨光电子谱获得其电子色散关系。实验证实该体系在低温下（< 33K）存在铁磁长程序，同时发现在高于铁磁转变温度时该体系仍然保持绝缘特性。相对于低温的电子能隙，高温情况下测量得到的电子能隙显然不是由于铁磁长程序导致的，其起源亟待理解。通过结合第一性原理和量子多体方法，科研人员发现该高温电子能隙可以完全通过电子-电子关联解释。该材料特殊的局域结构，使得d轨道在近似于立方的晶体场下发生劈裂，而d电子半占据在其中部分轨道上，狭窄的d轨道能带使得电子间的关联作用显著增强。该体系完美地符合了Mott转变所必需的条件，在电子关联作用下会发生金属-绝缘体相变（如附图一左半部分所示）。电子相互作用将费米面附近的d电子能带劈裂成上下Hubbard带，并进一步将下Hubbard带推至Te-p轨道之下。Te-p轨道具有十分可观的自旋-轨道耦合作用。当同时考虑了电子关联和自旋轨道相互作用后，计算得到的电子能带与角分辨光电子谱实验测量得到的电子能谱高度符合（见附图一最右侧的对比）。
该工作将低维磁性系统的研究目光从磁性本身引导到电子关联，并通过对CrSiTe3的研究揭示了在这些体系中电子关联可能是比磁性关联更为本质的电子属性，极大地丰富了我们对于低维磁性系统的理解，并且提供了一种潜在的调控磁性转变温度的微观机制。 该论文的两位并列第一作者张嘉鑫和蔡潇婵是物质学院2015级本科生，助理教授李刚、柳仲楷、郭艳峰为共同通讯作者。上海科技大学为论文的第一和通讯单位，该工作是上科大从材料制备、实验表征到理论计算、微观理解的全链条式合作的成果。合作者包括上海科技大学的助理教授张石磊、南京大学的袁洪涛教授课题组、清华大学的杨乐仙教授和牛津大学的陈宇林教授。该工作得到了上海科技大学启动资金，上海高校特聘教授（东方学者）、国家自然科学基金（Grant No. 11674229, No. 11874263）以及国家重点研发计划的支持，并得到了校图信中心和物质学院超算平台、公共测试平台的大力支持。 文章链接： https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.047203
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发表于 2019-8-6 09:18:04
