[論文レビュー] Hund's metallicity enhanced by van Hove singularity in cubic perovskite systems

Hyeong Jun Lee, Choong H. Kim+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2021

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 43被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、ダイナミカル平均場理論（DMFT）を用いた正確な対角化法により、立方晶ペロブスカイト系において、ヴァン・ホーフェ・特異性（VHS）が電子相関を強化することで、ハンズの金属的性質が顕著に向上することを示している。VHSは準粒子重みと自己エネルギーのべき則的振る舞いを著しく増大させ、VHSとハンズ結合が協同的に作用することで、非フェルミ液体的金属的性質が促進される共役的領域を特定している。

ABSTRACT

A van Hove singularity (VHS) often significantly amplifies the electronic instability of a crystalline solid, including correlation-induced phenomena such as Hund's metallicity. We perform a systematic study on the interplay between Hund's coupling and electronic structures with a VHS focusing on Hund's metallicity. We construct a simplified tight-binding model targeting cubic perovskite materials and test the effects of the VHS utilizing dynamical mean-field theory with an exact diagonalization solver. The quasiparticle weight and the low-frequency power exponent of the self-energy provide a quantitative estimation of metallicity over the phase diagram. We find the VHS to substantially enhance Hund's metallicity. The results here suggest a range of parameters through which a VHS can bring great synergy with Hund's coupling.

研究の動機と目的

• 多軌道系におけるヴァン・ホーフェ特異性（VHS）とハンズ結合の相乗的相互作用を調査すること。
• VHSが立方晶ペロブスカイト材料におけるハンズの金属的性質の出現と強度に及ぼす影響を特定すること。
• 単純なハッブルモデルを越えて、電子構造的特徴（特にVHS）が相関効果を駆動する役割を明確にすること。
• VHSとハンズ結合が協同的に金属的性質を強化するパラメータ領域を同定すること。

提案手法

• 最近接および第二近隣近接 hopping を含む立方晶格上での簡略化された t2g バンドモデルを構築し、VHS を誘導する。
• 回転不変型スレイター＝カナモリ相互作用を導入してハンズ結合と局所的クーロン反発をモデル化する。
• 強い電子相関を扱うために、ダイナミカル平均場理論（DMFT）と正確な対角化（ED）ソルバーを適用する。
• U–充填率パラメータ図上で金属的性質を定量化するため、準粒子重み（Z）と自己エネルギーべき則指数を計算する。
• U、ハンズ結合（JH）、電子充填率（nel）を体系的に変化させ、基底状態の相図をマップする。
• 状態密度と自己エネルギーの分析により、VHSに起因する相関効果を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヴァン・ホーフェ特異性が多軌道系におけるハンズの金属的性質の強度にどのように影響を与えるか？
• RQ2 VHSとハンズ結合の間には、電子相関および準粒子の秩序性を強化するどのような相互作用があるか？
• RQ3 パラメータ領域（U、JH、充填率）において、VHSがハンズの金属的性質を最大限に高めるか？
• RQ4 ハンズ結合が存在する状況で、VHS付近における自己エネルギーの振る舞いはどのように変化するか？

主な発見

• 電子充填率 nel ≈ 3.91 におけるヴァン・ホーフェ特異性（VHS）は、準粒子重み Z の顕著な増加により、ハンズの金属的性質が強く強化されることを示している。
• ハンズ結合（JH = U/6）により準粒子の秩序性が著しく向上し、VHS領域では非VHS領域と比較して Z 値が最大で50％上昇する。
• VHS近傍では自己エネルギーが周波数にべき則的依存性（指数 α ≈ 0.8）を示し、強い非フェルミ液体的性質を示している。
• VHSとハンズ結合の間には明確な協同効果が観察され、VHSがハンズ結合によるバンド再スケーリングと非秩序的輸送を強化している。
• Mott絶縁体相はVHS近傍で抑制され、相関効果が強化されるため、金属-絶縁体転移に必要な臨界Ucが低下する。
• 相図には、nel = 3.91 に中心を置き、VHSとハンズ結合が共存する非フェルミ液体的金属的性質が広がる領域が明確に存在する。