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科研进展|物质学院拓扑物理实验室团队在高导电型关联氧化物材料研究方向取得新进展

日期：2023-10-18文章来源：图书信息中心


近日，上海科技大学物质科学与技术学院拓扑物理实验室研究团队在高导电型铜铁矿氧化物材料的关联电子态和电荷序研究方向取得了新进展，成果发表在国际知名期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

铜铁矿氧化物材料（如PdCoO2、PdCrO2）是一类具有丰富物理性质和奇特电输运特性的氧化物材料。它们具有比Pt和Pd等单晶材料更高的室温导电性，其室温导电性是氧化物材料的新标杆。近几年这类材料吸引了许多研究人员的兴趣，但截止目前科学家对这类材料的微观电子结构还未形成统一的认识。在前期工作中，颜世超课题组在该类材料(PdCoO2)中发现了二维的电荷密度波调制(Nano Letters, 22, 14, 5635 (2022))。

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图 1. PdCrO2的晶体结构和两种解理面的STM形貌图（左图）；PdCrO2的能带计算和CrO2­解理面的扫描隧道谱（右图）

在前期工作的基础上，拓扑物理实验室颜世超、李刚和齐彦鹏三位教授合作对具有电子关联特性的铜铁矿氧化物材料PdCrO2进行了系统研究。他们利用扫描隧道显微谱，在CrO2解理面上探测到一个约0.5 eV的绝缘能隙。结合密度泛函+动力学平均场理论计算，证明了该能隙是一个电子关联驱动的莫特能隙。同时，研究团队在Pd解理面上发现了一个完全二维的非公度电荷调制。这个非公度电荷调制会与晶格周期发生干涉，形成摩尔超晶格。结合基于动力学平均场理论的随机相位近似计算，证实了Pd解理面中的非公度电荷调制是由费米面嵌套导致的。这个结果与前期PdCoO2中Pd解理面的结果一致，表明了在这类铜铁矿型高电导氧化物材料中，Pd面的非公度电荷密度调制具有普遍性。

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图 2. PdCrO2的Pd解理面上的非公度电荷调制(ICCM)以及形成机制

这项工作首次为PdCrO2材料的解理面提供了原子尺度的电子结构信息，还进一步阐明了该材料中的电子关联特性和电荷密度调制的机理，为全面理解这类材料的关联电子结构和电输运特性提供了重要的微观信息和理论依据。

该项工作中的样品制备、物性表征和理论计算分别由齐彦鹏课题组、颜世超课题组和李刚课题组负责完成，上海科技大学是该成果的唯一完成单位。物质学院副研究员文陈昊平、研究生秦天、博士后张雪峰和研究生张明鑫为文章的共同第一作者，颜世超、李刚和齐彦鹏教授为文章的共同通讯作者。

论文标题：
Probing Hidden Mott Gap and Incommensurate Charge Modulation on the Polar Surfaces of PdCrO2

论文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.116501