[논문 리뷰] Eliminating Orbital Selectivity from the Metal-Insulator Transition by Strong Magnetic Fluctuations

Е. А. Степанов|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 06.

Advanced Condensed Matter Physics참고 문헌 88인용 수 31

한 줄 요약

이 논문은 강한 공간적으로 집합적인 자성 플럭투에이션들이 3차원 두 오비탈 허버드-카나모리 모형에서 궤도 선택적 모트 전이(orbital-selective Mott transition, OSMT)를 억제함을 보여준다. D-TRILEX 도형적 확장 기반 DMFT를 사용하여, 네일 전이 근처에서 자성 플럭투에이션이 궤도에 의존하지 않게 되며, 이는 양 오비탈에 동시에 발생하는 비선택적 모트 전이로 이어짐을 밝혀냄.

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.

연구 동기 및 목표

• 국소 근사 이외의 비국소 전자 플럭투에이션의 궤도 선택적 모트 전이(orbital-selective Mott transition, OSMT)에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 다오비탈 체계에서 본질적으로 존재하는 강한 자성 플럭투에이션이 OSMT를 억제하고 금속-절연체 전이 시나리오를 어떻게 변화시킬 수 있는지 규명하기 위해.
• 3차원 입방 격자에서 궤도에 따라 달라지는 자성 플럭투에이션이 비궤도 선택적 네일 전이를 유도하는 역할를 분석하기 위해.
• 집합적인 전자 플럭투에이션 존재 하에서 상호오비탈 터널링에 의한 OSMT의 안정성 평가하기 위해.

제안 방법

• 비추상적이고 자기적으로 일관된 다이나믹스 평균장 이론(DMFT)의 비국소 두 입자 플럭투에이션을 포함하기 위해 D-TRILEX 도형적 접근법을 사용함.
• 이중 삼중 비가역 국소 전개(D-TRILEX)를 사용하여 최소 차수의 삼점 꼬리 보정을 통해 단일 입자 및 집합적 전자 플럭투에이션을 결합함.
• 다른 궤도 밴드폭(D1 = 1, D2 = 2)을 가진 입방 격자 위의 반만포화된 두 오비탈 허버드-카나모리 모형에 이 방법을 적용함.
• 카나모리 상호작용 매개변수를 U = 2.4, U′ = 1.6, J = 0.4로 설정하고, 상호오비탈 터널링 t12를 도입하여 OSMT의 안정성 탐색함.
• 자기화율, 자기에너지 및 분극화 연산자를 계산하여 자성 질서의 발생과 금속-절연체 전이의 시작을 추적함.
• 궤도 해상도 스펙트럼 함수와 자기화율을 분석하여 전이에서 궤도 선택성 또는 등방성을 탐지함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 공간적으로 집합적인 자성 플럭투에이션이 3차원 다오비탈 체계에서 궤도 선택적 모트 전이(OSMT)를 억제할 수 있는가?
• RQ2 비국소 플럭투에이션을 포함할 경우 네일 전이가 모든 궤도에서 동시에 발생하는가, 아니면 여전히 궤도 선택성을 유지하는가?
• RQ3 온도가 감소함에 따라 궤도에 따라 달라지는 자성 플럭투에이션은 어떻게 변화하며, 네일 전이 근처에서 궤도에 의존하지 않게 되는가?
• RQ4 비국소 플럭투에이션 존재 하에서 상호오비탈 터널링은 OSMT의 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 D-TRILEX를 통한 비국소 상호작용 포함가 국소 DMFT와 비교해 금속-절연체 전이의 임계 상호작용 강도를 어떻게 변화시키는가?

주요 결과

• 강한 자성 플럭투에이션이 비교적 높은 온도에서 발달하며, 처음에는 각 궤도의 자기화율 기여도가 다르게 나타나 궤도에 의존함.
• 온도가 감소함에 따라 두 궤도의 자기화율 기여가 효과적으로 혼합되어 네일 전이 근처에서 궤도에 의존하지 않는 자성 플럭투에이션이 됨.
• 네일 전이는 OSMT 이전에 발생하며, 양 오비탈의 자기화율이 동시에 발산함으로써 비궤도 선택적 전이임을 나타냄.
• 강한 자성 플럭투에이션이 OSMT를 억제하며, 시스템은 네일 온도에서 동시에 모트 전이를 겪음.
• 저온에서 상호오비탈 터널링(t12) 존재 시 OSMT가 파괴되며, 금속 상태의 진동수 상태를 선호함. 이는 이전의 DMFT 결과와 일치하지만, 이제는 비국소 플럭투에이션에 의해 안정화됨.
• D-TRILEX 접근법은 집합적 플럭투에이션의 단일 입자 성질에 대한 피드백을 성공적으로 캡처하며, 국소 DMFT와 근본적으로 다른 전이 시나리오를 드러냄.