[论文解读] The J_{eff}=1/2 Mott insulator Sr3Ir2O7 studied by angle-resolved photoemission spectroscopy

B. M. Wojek, Magnus H. Berntsen+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2012

Advanced Condensed Matter Physics被引用 1

一句话总结

本研究利用角分辨光电子能谱（ARPES）研究了双层J_{eff}=1/2 Mott绝缘体Sr3Ir2O7的低能电子结构。结果表明，尽管Sr3Ir2O7与Sr2IrO4中J_{eff}=1/2态的能带宽度相似，但光电子谱权重分布存在显著差异，Sr3Ir2O7中J_{eff}=1/2态的光电子发射被显著抑制，且Sr3Ir2O7的ARPES数据与能带结构计算结果的吻合度优于Sr2IrO4的对应数据。

ABSTRACT

The low-energy electronic structure of the J_{eff}=1/2 spin-orbit insulator Sr3Ir2O7 has been studied by means of angle-resolved photoemission spectroscopy. A comparison of the results for bilayer Sr3Ir2O7 with available literature data for the related single-layer compound Sr2IrO4 reveals qualitative similarities and similar J_{eff}=1/2 bandwidths for the two materials, but also pronounced differences in the distribution of the spectral weight. In particuar, photoemission from the J_{eff}=1/2 states appears to be suppressed. Yet, it is found that the Sr3Ir2O7 data are in overall better agreement with band-structure calculations than the data for Sr2IrO4.

研究动机与目标

• 利用角分辨光电子能谱研究双层J_{eff}=1/2 Mott绝缘体Sr3Ir2O7的低能电子结构。
• 将双层化合物Sr3Ir2O7与单层化合物Sr2IrO4的电子性质进行比较。
• 评估Sr3Ir2O7与Sr2IrO4的实验ARPES数据与理论能带结构计算结果的一致性程度。
• 理解Sr3Ir2O7与Sr2IrO4之间J_{eff}=1/2态谱权重分布差异的原因。

提出的方法

• 采用角分辨光电子能谱（ARPES）探测Sr3Ir2O7的电子结构。
• 将Sr3Ir2O7的ARPES数据与先前发表的Sr2IrO4数据进行比较。
• 利用能带结构计算作为理论参考，评估实验数据的一致性。
• 分析并对比Sr3Ir2O7与Sr2IrO4中J_{eff}=1/2态的谱权重分布。
• 重点分析两种材料中J_{eff}=1/2能带的能带宽度和强度特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 从J_{eff}=1/2能带色散和能带宽度的角度来看，双层Sr3Ir2O7的电子结构与单层Sr2IrO4相比有何异同？
• RQ2 尽管能带宽度相似，为何Sr3Ir2O7中J_{eff}=1/2态的光电子发射被抑制？
• RQ3 与Sr2IrO4相比，Sr3Ir2O7的ARPES测量结果与理论能带结构计算结果的吻合程度如何？
• RQ4 Sr3Ir2O7与Sr2IrO4之间谱权重分布的差异，特别是J_{eff}=1/2态的差异，其成因是什么？

主要发现

• Sr3Ir2O7中J_{eff}=1/2态的能带宽度与Sr2IrO4相似，表明电子关联作用程度相近。
• 与Sr2IrO4相比，Sr3Ir2O7中J_{eff}=1/2态的光电子发射强度显著被抑制。
• 尽管谱权重被抑制，Sr3Ir2O7的ARPES数据与能带结构计算结果的吻合度优于Sr2IrO4的数据。
• Sr3Ir2O7中谱权重的分布与Sr2IrO4存在显著差异，表明可能存在不同的多体效应或矩阵元效应。