近日，理学院量子物理与材料研究团队张国仁博士与德国于利希研究中心Pavarini教授合作，在掺杂5d关联电子体系Sr2IrO4多轨道性质研究方面取得新进展，相关研究成果以《Multiorbital Nature of Doped Sr2IrO4（掺杂Sr2IrO4的多轨道性质）》为题，南通大学为第一单位，发表在国际顶级物理学期刊《Physical Review Letters》（《物理评论快报》）上。
由于强的自旋-轨道耦合，一个过去十多年来被广泛接受的观点认为： Sr2IrO4的低能物理性质可以用总角动量为j=1/2的单轨道方格子Hubbard模型来描述，这和用于研究铜基超导材料的模型非常相似。这种强的相似性极大地激起了研究人员在掺杂的Sr2IrO4中寻找超导现象的兴趣。但迄今为止确切的超导现象在掺杂的Sr2IrO4中还没有被发现，背后的原因可能来自于上述j=1/2单轨道图像的失败。鉴于此，该团队采用LDA+DMFT理论计算，深入地研究了掺杂Sr2IrO4的电子性质，他们惊奇地发现有效的j=1/2态的形式基本不随电子或空穴浓度而改变，似乎支持j=1/2图像。但是，进一步研究却发现Sr2IrO4本质上是一个多轨道体系：j=1/2态与j=3/2态的杂化使有效的轨道简并度增加，从而使得未掺杂时的莫特能隙（Mott gap）变小很多，掺杂的空穴将近有一半进入j=3/2态，这些现象不能在单轨道图像下仅靠引入库仑势的屏蔽效应而导出，这些多轨道性质也清楚地体现在光电导谱上，它们对光电导的零频Drude峰和低能特征都有贡献。该工作不仅有助于重新审视Sr2IrO4和铜基超导材料的联系，而且有助于对4d和5d电子体系特别是铱基材料（iridates）研究范式的完善。
《Physical Review Letters》是1958年美国物理学会创办的世界著名的物理学顶级学术期刊，其主要发表包括粒子物理、凝聚态物理、核物理、天体物理、光学等物理学各个领域原创性强、极为重要的研究成果，现在中科院分区为物理学一区TOP期刊，2022年影响因子为8.6。
该项工作得到了国家自然科学基金的资助，相关程序的开发和物理性质的计算是在德国于利希研究中心超级计算机系统JURECA和JUWELS上完成的。
相关链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.036504
（黄小妹）