金属-绝缘体相变(MIT)是呈现电子干系的典范宏观展现，其面前每每贮存着特别丰硕的物理内在，因而是强干系电子编制的紧急钻研体例之一。引发MIT的机制各类，包罗Mott相变（电子间的库伦彼此效用构成半满能带翻开带隙）、Anderson局域化(无序杂质构成传导电子的局域化)、Peierls相变(在准一维金属编制中由于晶格畸变构成平移对称性下降而翻开带隙)等。除此之外，在上世纪50岁月J.C.Slater还提议一种全部由三维反铁磁序构成的MIT，即在具备半填充的金属编制中，当产生三维反铁磁序时会下降平移对称性，在能带布里渊区的核心翻开带隙，构成Slater绝缘体，如图1所示。纵然Mott绝缘体时常也会涌现反铁磁序，但是Mott相变与磁有序的构成无直接干系，而Slater绝缘体则完满是由于构成反铁磁序构成的。因而，判定Slater绝缘体的两个典范特色是：（i）反铁磁序的同时伴有产生MIT，（ii）MIT为二级不断相变。纵然Slater-MIT机制的提议已有半个世纪以上，但是在实践材料编制中觉察Slater绝缘体的例子却寥寥无几，也许的材料编制包罗焦绿石Cd2Os2O7,Nd2Ir2O7和钙钛矿NaOsO3。值得一提的是，NaOsO3单晶是由中科院物理钻研所的知己国钻研员起先报导的。 　　近来，华夏科学院物理钻研所/北京凝结态物理国度实习室（筹）极度前提物理实习室EX6组的程金光钻研员在前期钻研办事的根底上，疏导钻研生崔琦、蔡云麒和焦媛媛等，操纵高压高温合成了一系列Sn搀杂的SrIrO3钙钛矿，经过与美国和日本多个实习和理论课题组配合，并操纵美国橡树岭国度实习室的变温中子粉末衍射和阿贡国度实习室的同步辐射光源等大科学安设，阐明在具备强自旋-轨道耦合的SrIr1-xSnxO3钙钛矿编制中也许完成了Slater绝缘体。 　　如前所述，在以3d过渡族金属氧化物为代表的强干系电子编制中，Mott相变是构成这些窄能带编制产生MIT的最罕识趣制。由于5d过渡族金属氧化物中的电子干系能U显著下降，预期应当具备金属特点。但是，实习上却时时查看到反铁磁绝缘体基态，最典范的是铱氧化物编制Sr2IrO4。近来的钻研疏导出其绝缘基态是由于这些重元素内禀的强自旋-轨道耦合（SOC）效应构成5t2g能带产生重构，构成有用Jeff=3/2和Jeff=1/2两个子能带，从而有用地下降了能带宽度W，纵然较弱的电子干系能Ｕ也也许翻开Hubbard带隙，如图2所示。这类由强自旋-轨道耦合和电子干系能共通效用构成的绝缘基态称为SOC-Mott绝缘体。因而，5d铱氧化物编制也成为频年来的钻研热点。 　　如图3所示，Sr2IrO4是Ruddlesden-Popper系列Srn+1IrnO3n+1中n=1化合物，具备TN=K的反铁磁绝缘体基态，纵然近来有理论钻研指出其也许为Slater绝缘体，但是其电阻率在TN处没有展现出显然的带隙翻开的失常，因而对于Slater绝缘体的基态一贯存在争议。跟着n的增添，编制的导电性慢慢升高，终究在n=∞的SrIrO3钙钛矿中构成顺磁金属基态，不过由于IrO6八面体转动、SOC和U的共通效用构成其费米面左近的能带特别窄，也许是semi-metal。理论展望经过调控SOC也许Ｕ也许完成磁性或拓扑绝缘体等基态。基于以上琢磨，咱们采用等价态、非磁性的Sn4+渐渐庖代Ir4+离子，经过攻破Ir-O-Ir三维晶格网络渐渐增加电子干系U，从而钻研系统基态的演变规律。 　　咱们操纵高压高温合成了一系列钙钛矿SrIr1-xSnxO3多晶样本，晶格参数跟着Sn搀杂量x线性增添，说明构成了很好的固溶编制；X射线摄取谱（XAS）确认Ir4+化合价维持稳固。图4显示了该编制的根底物性演变规律。也许看出，钙钛矿SrIrO3是顺磁金属；当掺入10%Sn时，电阻率在~K涌现特别显著的MIT，低温下电阻率回升了5个数目级；热电势在K以上绝对值较小，况且随温度抬高而增添，展现为金属特点，而在K下列大幅度升高，确认低温投入绝缘态；磁化率说明在热诚MIT的温度构成了长程磁有序；这些终于说明在Ir位掺入非磁性的Sn不只向导了Ir晶格的长程磁有序，更为乐趣的是伴有磁有序涌现了特别显著的MIT，这一点与Sr2IrO4霄壤之别。当掺入20%Sn时，编制展现出近似性质，不过金属-绝缘体动弹和磁有序温度抬高到~K，这也进一步确认Sn搀杂引发的改变为本征举动。跟着Sn搀杂量的进一步增添，由于Ir-O-Ir晶格受到较大毁坏，MIT变得不显然。 　　为了进一步钻研磁有序的结媾和MIT的机制，咱们测试了变温X射线和中子衍射。如图5所示，x=0.1和0.2样本的晶格参数在磁有序温度处不断改变，阐明为二级不断相变；x=0.2样本的低温中子衍射在Q=1.?-1涌现额外衍射峰，况且其温度依赖干系与磁化率给出的磁有序温度切合，说明此衍射峰来历于反铁磁序。经过对称性琢磨并联结第一性旨趣盘算表明其磁组织应当为G型反铁磁。因而，这类伴有着不断的G型反铁磁序的MIT动弹与Slater-MIT机制一致。经过对Sn搀杂SrIrO3的第一性旨趣盘算，表明一定同时琢磨U和G型反铁磁序能力在费米面左近翻开带隙，而只琢磨U（2eV）也许G型反铁磁序都不能翻开带隙，这一步阐明反铁磁序对MIT具备决计效用，撑持Slater绝缘体机制。其它，经过测试K的XAS/XMCD（图6），查看到Ir-L3/L2强度比在4.8-5.3，深切于2，阐明此编制确切还存在很强的SOC，况且在超过x=0.1时自旋-轨道耦合强度存在跃变增加，说明在具备强自旋-轨道耦合的编制中特别也许完成了Slater绝缘体。

　　关联钻研成绩指日发布在物理议论快报PRL,()。本办事取得国度当然科学基金委、科技部和科学院B类先河专项的撑持。谢谢介入本办事的配合者，包罗美国德克萨斯大学奥斯汀分校的周建十熏陶、J.B.Goodenough熏陶和李翔博士，美国橡树岭国度实习室的A.E.Taylor、S.Calder、M.A.McGuire、J.-Q.Yan、A.D.Christianson博士，美国阿贡国度实习室的Y.Choi、D.Haskel博士，美国阿堪萨斯大学的D.Meyers博士和J.Chakhalian熏陶，日本东京大学的H.Gotou博士和Y.Uwatoko熏陶，以及日本理化钻研所的樊巍博士和S.Yunoki熏陶。

[1]Q.Cui,J.-G.Cheng*,W.Fan,A.E.Taylor,S.Calder,M.A.McGuire,J.-Q.Yan,D.Meyers,X.Li,Y.Q.Cai,Y.Y.Jiao,Y.Choi,D.Haskel,H.Gotou,Y.Uwatoko,J.Chakhalian,A.D.Christianson,S.Yunoki,J.B.Goodenough,andJ.-S.Zhou*;“SlaterInsulatorinIridatePerovskitewithStrongSpin-orbitCoupling”;Phys.Rev.Lett.(),.

图1.Slater金属-绝缘体动弹示用意(摘自CalderS.,etal.PRL(),)

图2.Sr2IrO4中构成SOC-Mott绝缘体基态的示用意(摘自:KimB.J.,etal.,PRL(8),)

图3Ruddlesden-Popper系列Srn+1IrnO3n+1晶体结媾和响应能带改变示用意

图4.SrIr1-xSnxO3钙钛矿样本的电阻率、磁化率和热电势数据

图5（a,b）x=0.1和0.2样本的晶格参数随温度的改变干系，虚线为磁有序温度；（c，d）K和K时x=0.2样本的中子粉末衍射强度以及Q=1.?-1处峰强度随温度的改变干系

图6（左图）SrIr1-xSnxO3钙钛矿样本在K的XAS和XMCD数据，（右图）SrIr1-xSnxO3编制的相图和自旋-轨道耦合憧憬值的改变干系

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