[論文レビュー] Eliminating Orbital Selectivity from the Metal-Insulator Transition by Strong Magnetic Fluctuations

Е. А. Степанов|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2022

Advanced Condensed Matter Physics参考文献 88被引用数 31

ひとこと要約

本稿は、三次元二軌道 Hubbard-Kanamoriモデルにおいて、強い空間的集団的磁気揺動が軌道選択的モット転移（OSMT）を抑制することを示している。D-TRILEX図式的手法によるDMFTの拡張を用いて、ネール転移付近で磁気揺動が軌道に依存しなくなることが明らかとなり、両軌道で同時に非選択的モット転移が発生する。

ABSTRACT

The orbital-selective electronic behavior is one of the most remarkable manifestations of strong electronic correlations in multi-orbital systems. A prominent example is the orbital-selective Mott transition (OSMT), which is characterized by the coexistence of localized electrons in some orbitals, and itinerant electrons in other orbitals. The state-of-the-art theoretical description of the OSMT in two- and three-dimensional systems is based on local non-perturbative approximations to electronic correlations provided by dynamical mean-field theory or slave spin method. In this work we go beyond this local picture and focus on the effect of spatial collective electronic fluctuations on the OSMT. To this aim, we consider a half-filled Hubbard-Kanamori model on a cubic lattice with two orbitals that have different bandwidths. We show that strong magnetic fluctuations that are inherent in this system prevent the OSMT and favor the N\'eel transition that occurs at the same critical temperature for both orbitals.

研究の動機と目的

• 局所的近似を超えた非局所的電子揺動が軌道選択的モット転移（OSMT）に与える影響を調査すること。
• 多軌道系に内在する強い磁気揺動がOSMTを抑制し、金属-絶縁体転移の様式を変えるかどうかを特定すること。
• 三次元立方格子における非軌道選択的ネール転移を駆動する軌道依存の磁気揺動の役割を検討すること。
• 集団的電子揺動の存在下での軌道間 hopping のOSMTの安定性を評価すること。

提案手法

• 非摂動的かつ自己無撞撃的なダイナミカル平均場理論（DMFT）の拡張として、非局所的2粒子揺動を含む図式的手法D-TRILEXを用いる。
• 二重三重に非可逆な局所的展開（D-TRILEX）を用いて、1粒子および集団的電子揺動を最低次の3点頂点補正によって結合する。
• 異なる軌道バンド幅（D1 = 1, D2 = 2）を持つ立方格子上の半充填二軌道 Hubbard-Kanamoriモデルにこの手法を適用する。
• Kanamori相互作用パラメータを U = 2.4, U′ = 1.6, J = 0.4 と設定し、軌道間 hopping t12 を導入してOSMTの安定性を調べる。
• スピン感受率、自己エネルギー、極化演算子を計算して、磁気秩序の発生および金属-絶縁体転移の兆候を追跡する。
• 軌道別スペクトル関数およびスピン感受率を分析して、転移における軌道選択性または等方性を検出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い空間的集団的磁気揺動は、3次元多軌道系における軌道選択的モット転移（OSMT）を抑制できるか？
• RQ2 非局所揺動を含めた場合、ネール転移はすべての軌道で同時に発生するのか、それとも依然として軌道選択性を示すのか？
• RQ3 温度が低下するに従い、軌道依存の磁気揺動はどのように変化するか？ また、ネール転移付近で軌道に依存しなくなるか？
• RQ4 非局所揺動の存在下で、軌道間 hopping がOSMTの安定性に与える影響は何か？
• RQ5 D-TRILEXによる非局所相関の導入は、局所的DMFTと比較して金属-絶縁体転移の臨界相互作用強度を変えるか？

主な発見

• 強い磁気揺動は比較的高い温度で発生し、初期段階では異なる軌道がスピン感受率に異なる寄与を示す、軌道に依存する性質を示す。
• 温度が低下するに従い、両軌道のスピン感受率への寄与が効率的に混合され、ネール転移付近で軌道に依存しない磁気揺動が現れる。
• ネール転移はOSMTより前に発生し、両軌道でスピン感受率が同時に発散することで特徴づけられ、非軌道選択的転移であることが示される。
• 強い磁気揺動によりOSMTは抑制され、代わりにネール温度で同時にモット転移が発生する。
• 軌道間 hopping（t12）の存在は低温でOSMTを破壊し、金属的基底状態を促進する。これは従来のDMFTの結果と整合的だが、今や非局所揺動によって安定化されている。
• D-TRILEX手法は、集団的揺動が1粒子的性質に与えるフィードバックを的確に捉えており、局所的DMFTとは根本的に異なる転移シナリオを明らかにしている。