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第5族缺位尖晶石中的共振孔与分子自旋轨道耦合态

Resonating holes vs molecular spin-orbit coupled states in group-5 lacunar spinels.

作者信息

Petersen Thorben, Bhattacharyya Pritam, Rößler Ulrich K, Hozoi Liviu

机构信息

Institute for Theoretical Solid State Physics, Leibniz IFW Dresden, Helmholtzstraße 20, Dresden, D-01069, Germany.

出版信息

Nat Commun. 2023 Aug 26;14(1):5218. doi: 10.1038/s41467-023-40811-y.

DOI:10.1038/s41467-023-40811-y
PMID:37633997
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10460446/
Abstract

The valence electronic structure of magnetic centers is one of the factors that determines the characteristics of a magnet. This may refer to orbital degeneracy, as for j = 1/2 Kitaev magnets, or near-degeneracy, e.g., involving the third and fourth shells in cuprate superconductors. Here we explore the inner structure of magnetic moments in group-5 lacunar spinels, fascinating materials featuring multisite magnetic units in the form of tetrahedral tetramers. Our quantum chemical analysis reveals a very colorful landscape, much richer than the single-electron, single-configuration description applied so far to all group-5 GaMX chalcogenides, and clarifies the basic multiorbital correlations on M tetrahedral clusters: while for V strong correlations yield a wave-function that can be well described in terms of four VVVV resonant valence structures, for Nb and Ta a picture of dressed molecular-orbital j = 3/2 entities is more appropriate. These internal degrees of freedom likely shape vibronic couplings, phase transitions, and the magneto-electric properties in each of these systems.

摘要

磁性中心的价电子结构是决定磁体特性的因素之一。这可能涉及轨道简并,如对于j = 1/2的 Kitaev 磁体,或近简并,例如涉及铜酸盐超导体中的第三和第四壳层。在这里,我们探索了第5族缺位尖晶石中磁矩的内部结构,这是一类迷人的材料,其具有以四面体四聚体形式存在的多位点磁性单元。我们的量子化学分析揭示了一幅非常丰富多彩的图景,远比迄今为止应用于所有第5族 GaMX 硫族化物的单电子、单构型描述丰富得多,并阐明了M四面体簇上的基本多轨道相关性:对于V,强相关性产生一种波函数,可用四个 VVVV 共振价键结构很好地描述;对于 Nb 和 Ta,一种修饰分子轨道j = 3/2实体的图景更为合适。这些内部自由度可能塑造了每个系统中的振动电子耦合、相变和磁电性质。

https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/67fb/10460446/7e47bb4a9441/41467_2023_40811_Fig3_HTML.jpg
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https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/67fb/10460446/b7877b5706c6/41467_2023_40811_Fig2_HTML.jpg
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