[论文解读] 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 31

一句话总结

该论文表明，在三维双轨道 Hubbard-Kanamori 模型中，强空间关联的磁涨落会抑制轨道选择性 Mott 金属-绝缘体转变（OSMT）。通过使用 DMFT 的 D-TRILEX 图形扩展方法，发现磁涨落在 Néel 转变附近趋于轨道无关，导致两个轨道同时发生非选择性的 Mott 转变。

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.

研究动机与目标

• 研究非局部电子涨落在局域近似之外对轨道选择性 Mott 转变（OSMT）的影响。
• 确定多轨道体系中固有的强磁涨落是否能够抑制 OSMT 并改变金属-绝缘体转变的场景。
• 考察轨道依赖的磁涨落在三维立方晶格中驱动非轨道选择性 Néel 转变的作用。
• 评估在集体电子涨落存在下，轨道间跃迁对 OSMT 稳定性的影响。

提出的方法

• 采用 D-TRILEX 图形方法，即动力学平均场理论（DMFT）的非微扰、自洽扩展，以包含非局域双粒子涨落。
• 使用双重复三重不可约局部展开（D-TRILEX），通过最低阶三线顶点修正耦合单粒子与集体电子涨落。
• 将该方法应用于具有不同轨道能带宽度（D1 = 1，D2 = 2）的立方晶格上的半满双轨道 Hubbard-Kanamori 模型。
• 采用 Kanamori 相互作用参数：U = 2.4，U′ = 1.6，J = 0.4，并引入轨道间跃迁 t12 以探测 OSMT 的稳定性。
• 计算自旋磁化率、自能和极化算符，以追踪磁序和金属-绝缘体转变的出现。
• 分析轨道分辨的谱函数和自旋磁化率，以检测转变过程中的轨道选择性或简并性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在三维多轨道体系中，强空间关联的磁涨落是否能够抑制轨道选择性 Mott 转变（OSMT）？
• RQ2 当包含非局域涨落时，Néel 转变是否在所有轨道中同时发生，还是仍保持轨道选择性？
• RQ3 轨道依赖的磁涨落随温度降低如何演化，是否在 Néel 转变附近趋于轨道无关？
• RQ4 在非局域涨落存在下，轨道间跃迁对 OSMT 稳定性有何影响？
• RQ5 与局域 DMFT 相比，通过 D-TRILEX 引入非局域关联是否会改变金属-绝缘体转变的临界相互作用强度？

主要发现

• 强磁涨落在相对较高的温度下发展，最初具有轨道依赖性，不同轨道对自旋磁化率的贡献不同。
• 随着温度降低，两个轨道对自旋磁化率的贡献高效混合，导致在 Néel 转变附近磁涨落趋于轨道无关。
• Néel 转变发生在 OSMT 之前，其特征是两个轨道的自旋磁化率同时发散，表明为非轨道选择性转变。
• 强磁涨落抑制了 OSMT，系统反而在 Néel 温度处发生同时的 Mott 转变。
• 轨道间跃迁（t12）的存在在低温下破坏了 OSMT，倾向于形成金属基态，与以往 DMFT 结果一致，但现由非局域涨落稳定。
• D-TRILEX 方法成功捕捉了集体涨落对单粒子性质的反馈，揭示出与局域 DMFT 根本不同的转变场景。