学院张国仁博士在国际顶尖物理学期刊《物理评论快报》上发表研究成果

近期，学院量子物理与材料研究团队张国仁博士与德国于利希研究中心Pavarini教授合作，在掺杂5d关联电子体系Sr₂IrO₄多轨道性质研究方面取得新进展，相关研究成果以“Multiorbital Nature of Doped Sr₂IrO₄（掺杂Sr₂IrO₄的多轨道性质）”为题，澳门沙金官方网站为第一单位，发表在国际顶尖物理学期刊《Physical Review Letters》（《物理评论快报》）上。

由于强的自旋-轨道耦合，一个过去十多年来被广泛接受的观点认为： Sr₂IrO₄的低能物理性质可以用总角动量为j=1/2的单轨道方格子Hubbard模型来描述。这和用于研究铜基超导材料的模型非常相似。这种强的相似性极大地激起了研究人员在掺杂的Sr₂IrO₄中寻找超导现象的兴趣。但迄今为止确切的超导现象在掺杂的Sr₂IrO₄中还没有被发现。背后的原因可能来自于上述j=1/2单轨道图像的失败。鉴于此，该团队采用LDA+DMFT理论计算，深入地研究了掺杂Sr₂IrO₄的电子性质。他们惊奇地发现有效的j=1/2态的形式基本不随电子或空穴浓度而改变，似乎支持j=1/2图像。但是，进一步研究却发现Sr₂IrO₄本质上是一个多轨道体系：j=1/2态与j=3/2态的杂化使有效的轨道简并度增加，从而使得未掺杂时的莫特能隙（Mott gap）变小很多，掺杂的空穴将近有一半进入j=3/2态。这些现象不能在单轨道图像下仅靠引入库仑势的屏蔽效应而导出。这些多轨道性质也清楚地体现在光电导谱上，它们对光电导的零频Drude峰和低能特征都有贡献。该工作不仅有助于重新审视Sr₂IrO₄和铜基超导材料的联系，而且有助于对4d和5d电子体系特别是铱基材料（iridates）研究范式的完善。

《Physical Review Letters》是1958年美国物理学会创办的世界著名的物理学顶级学术期刊，其主要发表包括粒子物理、凝聚态物理、核物理、天体物理、光学等物理学各个领域原创性强、极为重要的研究成果，现在中科院分区为物理学一区TOP期刊，2022年影响因子为8.6。

    该项工作得到了国家自然科学基金的资助，相关程序的开发和物理性质的计算得到德国于利希研究中心帮助。

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.036504

图1：不同掺杂浓度下j=1/2态的谱函数。蓝色，考虑多轨道效应；黄色，不考虑多轨道效应。