中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所物質(zhì)計(jì)算科學(xué)研究室博士張國仁與德國于利希研究中心(Forschungszentrum Ju·lich)教授Pavarini合作在4d關(guān)聯(lián)金屬Sr₂RhO₄的光電導(dǎo)、費(fèi)米面及自旋-軌道耦合研究方面取得新進(jìn)展。他們采用精確的局域密度近似+動(dòng)力學(xué)平均場(chǎng)方法(LDA+DMFT) 確認(rèn)了該體系中自旋-軌道耦合的庫侖增強(qiáng)效應(yīng)，闡明了中紅外區(qū)光電導(dǎo)峰的起源。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Physical Review B上。 

　　由于強(qiáng)的自旋-軌道耦合，4d、5d電子體系展現(xiàn)出與3d電子體系迥異的物理現(xiàn)象，如自旋-軌道誘導(dǎo)的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變、強(qiáng)磁各向異性導(dǎo)致的自旋液體行為、磁希格斯模激發(fā)及潛在的本征拓?fù)涑瑢?dǎo)等。然而，由于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的復(fù)雜性和理論計(jì)算技術(shù)的限制，人們對(duì)這類體系中一些非常基本的物理機(jī)制還不清楚，特別是自旋-軌道耦合與電子間的庫侖相互作用之間是如何相互影響方面。 

　　因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單，Sr₂RhO₄是研究4d電子體系中基本相互作用的較好載體。盡管如此，關(guān)于這個(gè)材料的基本性質(zhì)從其被制備出來后就一直爭議不斷：基于局域密度近似(LDA)的第一性原理計(jì)算所得的費(fèi)米面和實(shí)驗(yàn)確定的費(fèi)米面相差甚遠(yuǎn)；盡管Hartree-Fock類型的平均場(chǎng)預(yù)測(cè)的關(guān)聯(lián)增強(qiáng)的自旋-軌道耦合可以使得理論與實(shí)驗(yàn)費(fèi)米面相符，但是卻被認(rèn)為是非物理的；中紅外區(qū)光電導(dǎo)峰的起源也有兩種截然不同的解釋(自旋-軌道耦合或電子間的關(guān)聯(lián))。 

　　針對(duì)這些問題，研究人員采用自己開發(fā)的、能夠同時(shí)精確處理真實(shí)晶體結(jié)構(gòu)、晶體場(chǎng)劈裂、自旋-軌道耦合和全部庫侖頂角的LDA+SO+DMFT方法，在前期工作的基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了晶體場(chǎng)、庫侖作用及自旋-軌道耦合對(duì)Sr₂RhO₄費(fèi)米面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響。基于精確的LDA+SO+DMFT計(jì)算結(jié)果，他們進(jìn)而用線性響應(yīng)理論詳細(xì)研究了各種因素對(duì)光電導(dǎo)的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，庫侖增強(qiáng)的自旋-軌道耦合確實(shí)對(duì)費(fèi)米面有重要影響，但是之前的平均場(chǎng)計(jì)算夸大了這種效應(yīng)。并且與平均場(chǎng)結(jié)果不同的是，庫侖相互作用對(duì)晶體場(chǎng)的增益幾乎可以忽略，甚至可能是負(fù)值。而對(duì)于光電導(dǎo)，只考慮關(guān)聯(lián)作用就可以得到中紅外區(qū)域的峰，說明自旋-軌道耦合不是其起源。但是自旋-軌道耦合增加了它的強(qiáng)度。有意思的是，對(duì)光電導(dǎo)的詳細(xì)分解表明光電導(dǎo)中主要的成分既不是來自于帶間也不是來自于帶內(nèi)的貢獻(xiàn)，而是來自于速度矩陣和格林函數(shù)矩陣的非對(duì)角部分。這種多帶效應(yīng)說明基于單帶近似的經(jīng)驗(yàn)光電導(dǎo)公式并不適用于Sr₂RhO₄。 

　　該項(xiàng)工作得到國家自然科學(xué)基金的資助，相關(guān)的LDA+SO+DMFT計(jì)算是在德國于利希研究中心超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)JURECA BOOSTER上完成的。 

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