Выпуски

 / 

2017

 / 

Ноябрь

  

Памяти Леонида Вениаминовича Келдыша. Обзоры актуальных проблем


Орбитальная физика в соединениях переходных металлов: новые тенденции

 а, б,  в
а Институт физики металлов имени М.Н. Михеева, Уральское отделение РАН, ул. С. Ковалевской 18, Екатеринбург, 620108, Российская Федерация
б Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, просп. Мира 19, Екатеринбург, 620002, Российская Федерация
в II Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Zuelpicher Str. 77, Köln, 50937, Germany

Обсуждаются различные эффекты, связанные с орбитальными степенями свободы. Основное внимание уделяется рассмотрению тех явлений, которые интенсивно исследуются в современной физике конденсированного состояния, при этом по большей части за рамками рассмотрения остаются такие аспекты, как сверхобменный механизм кооперативных ян-теллеровских искажений и различные свойства модели Кугеля—Хомского. После достаточно общего введения излагается концепция эффективного понижения размерности за счёт орбитальных степеней свободы, а затем обсуждаются такие эффекты, как орбитально-индуцированный эффект Пайерлса, формирование небольших кластеров вблизи моттовского перехода, которые ведут себя как "молекулы", внедрённые в твёрдое тело. Вторая большая часть обзора посвящена орбитально-селективным эффектам, таким как орбитально-селективный моттовский переход и подавление магнетизма за счёт формирования молекулярных орбиталей на части орбиталей. В заключении обсуждается активно развивающаяся область так называемых спин-орбитальных соединений на основе переходных металлов, в том числе такие вопросы, как взаимосвязь спин-орбитального взаимодействия и эффекта Яна—Теллера, моттовский и пайерлсовский переходы, проходящие с содействием спин-орбитального взаимодействия, формирование китаевского обменного взаимодействия и экситонный магнетизм в соединениях 4d- и 5d-переходных металлов.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
Ключевые слова: орбитальное упорядочение, спин-орбитальное упорядочение, оксиды переходных металлов
PACS: 71.20.Be, 71.70.−d, 75.10.−b (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2017.08.038196
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2017/11/d/
Цитата: Стрельцов С В, Хомский Д И "Орбитальная физика в соединениях переходных металлов: новые тенденции" УФН 187 1205–1235 (2017)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 17 июля 2017, доработана: 1 августа 2017, 16 августа 2017

English citation: Streltsov S V, Khomskii D I “Orbital physics in transition metal compounds: new trendsPhys. Usp. 60 1121–1146 (2017); DOI: 10.3367/UFNe.2017.08.038196

Список литературы (153) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (57) Похожие статьи (1)

  1. Khomskii D I Transition Metal Compounds (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2014)
  2. Imada M, Fujimori A, Tokura Y Rev. Mod. Phys. 70 1039 (1998)
  3. Goodenough J B Magnetism and the Chemical Bond (New York: Interscience Publ., 1963)
  4. Fazekas P Lecture Notes on Electron Correlation and Magnetism (Ser. in Modern Condensed Matter Physics) Vol. 5 (Singapore: World Scientific, 1999)
  5. Khomskii D I Basic Aspects of the Quantum Theory of Solids: Order and Elementary Excitations (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2010)
  6. Хомский Д И ФММ 29 31 (1970)
  7. Кугель К И, Хомский Д И УФН 136 621 (1982); Kugel' K I, Khomskii D I Sov. Phys. Usp. 25 231 (1982)
  8. Зайцев Р О, Кузьмин Е В, Овчинников С Г УФН 148 603 (1986); Zaitsev R O, Kuz'min E V, Ovchinnikov S G Sov. Phys. Usp. 29 322 (1986)
  9. Изюмов Ю А УФН 165 403 (1995); Izyumov Yu A Phys. Usp. 38 385 (1995)
  10. Nussinov Z, van den Brink J Rev. Mod. Phys. 87 1 (2015)
  11. Oleś A M J. Phys. Condens. Matter 24 313201 (2012)
  12. Булаевский Л Н УФН 115 263 (1975); Bulaevskii L N Sov. Phys. Usp. 18 131 (1975)
  13. Mott N F, Peierls R Proc. Phys. Soc. 49 72 (1937)
  14. Coulson C A, Fischer I Philos. Mag. 40 386 (1949)
  15. Ushakov A V, Streltsov S V, Khomskii D I J. Phys. Condens. Matter 23 445601 (2011)
  16. Korotin M A, Anisimov V I, Khomskii D I, Sawatzky G A Phys. Rev. Lett. 80 4305 (1998)
  17. Señarís-Rodríguez M A, Goodenough J B J. Solid State Chem. 116 224 (1995)
  18. Korotin M A et al. Phys. Rev. B 54 5309 (1996)
  19. Haverkort M W et al. Phys. Rev. Lett. 97 176405 (2006)
  20. Kuneš J, Křápek V Phys. Rev. Lett. 106 256401 (2011)
  21. Streltsov S V, Khomskii D I Phys. Rev. B 86 064429 (2012)
  22. Khalifah P Science 297 2237 (2002)
  23. Wu H et al. Phys. Rev. Lett. 96 256402 (2006)
  24. Zhou H D et al. Phys. Rev. B 85 041201(R) (2012)
  25. Streltsov S V Phys. Rev. B 88 024429 (2013)
  26. Hester J R et al. Acta Cryst. B 53 739 (1997)
  27. Cwik M et al. Phys. Rev. B 68 060401(R) (2003)
  28. Streltsov S V et al. Phys. Rev. B 71 245114 (2005)
  29. Vasiliev A N et al. Phys. Rev. B 72 012412 (2005)
  30. Erickson A S et al. Phys. Rev. Lett. 99 016404 (2007)
  31. Kanamori J Prog. Theor. Phys. 30 275 (1963)
  32. Sugano S, Tanabe Y, Kamimura H Multiplets of Transition-Metal Ions in Crystals (New York: Academic Press, 1970)
  33. Andersen O K, Klose W, Nohl H Phys. Rev. B 17 1209 (1978)
  34. Harrison W A Elementary Electronic Structure (Singapore: World Scientific, 1999)
  35. Streltsov S V, Khomskii D I Phys. Rev. B 77 064405 (2008)
  36. Kugel K I, Khomskii D I, Sboychakov A O, Streltsov S V Phys. Rev. B 91 155125 (2015)
  37. Khomskii D I, Kugel K I, Sboychakov A O, Streltsov S V ЖЭТФ 149 562 (2016); Khomskii D I, Kugel K I, Sboychakov A O, Streltsov S V JETP 122 484 (2016)
  38. Daoud-Aladine A et al. Phys. Rev. B 80 220402(R) (2009)
  39. Reynaud M et al. Inorg. Chem. 52 10456 (2013)
  40. Markina M M et al. Phys. Rev. B 89 104409 (2014)
  41. Tokura Y, Tomioka Y J. Magn. Magn. Mater. 200 1 (1999)
  42. Изюмов Ю А, Скрябин Ю Н УФН 171 121 (2001); Izyumov Yu A, Skryabin Yu N Phys. Usp. 44 109 (2001)
  43. Zener С Phys. Rev. 82 403 (1951)
  44. Anderson P W, Hasegawa H Phys. Rev. 100 675 (1955)
  45. Yosida K Phys. Rev. 106 893 (1957)
  46. de Gennes P-G Phys. Rev. 118 141 (1960)
  47. Kubo K, Ohata N J. Phys. Soc. Jpn. 33 21 (1972)
  48. Нагаев Э Л ЖЭТФ 57 1274 (1970); Nagaev E L JETP 30 693 (1970)
  49. Kagan M Yu, Khomskii D I, Mostovoy M V Eur. Phys. J. B 12 217 (1999)
  50. Dagotto E Nanoscale Phase Separation and Colossal Magnetoresistance: The Physics of Manganites and Related Compounds (Springer Series in Solid-State Sciences) Vol. 136 (New York: Springer, 2003)
  51. Nishimoto S, Ohta Y Phys. Rev. Lett. 109 076401 (2012)
  52. Streltsov S V, Khomskii D I Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113 10491 (2016)
  53. Longuet-Higgins H C et al. Proc. R. Soc. London A 244 1 (1958)
  54. Liechtenstein A I, Anisimov V I, Zaanen J Phys. Rev. B 52 R5467 (1995)
  55. Streltsov S V, Khomskii D I Phys. Rev. B 86 035109 (2012)
  56. Streltsov S V, Khomskii D I Phys. Rev. B 89 201115(R) (2014)
  57. Pavarini E, Koch E, Lichtenstein A Phys. Rev. Lett. 101 266405 (2008)
  58. Leonov I et al. Phys. Rev. Lett. 101 096405 (2008)
  59. Pavarini E, Koch E Phys. Rev. Lett. 104 086402 (2010)
  60. Abragam A, Bleaney B Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions (Oxford: Clarendon Press, 1970); Пер. на русск. яз., Абрагам А, Блини Б Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов (М.: Мир, 1972, 1973)
  61. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Квантовая механика. Нерелятивистская теория (М.: Физматлит, 2004); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Quantum Mechanics. Non-Relativistic Theory (Oxford: Pergamon Press, 1965)
  62. Matsuura H, Miyake K J. Phys. Soc. Jpn. 82 073703 (2013)
  63. Taylor A E et al. Phys. Rev. Lett. 118 207202 (2017)
  64. Kohn W Rev. Mod. Phys. 71 1253 (1999); Кон В УФН 172 336 (2002)
  65. Friedel J Electrons The Physics of Metals Vol. 1 (Ed. J M Ziman) (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1969) p. 340
  66. van Wezel J, van den Brink J Europhys. Lett. 75 957 (2006)
  67. Seidel A et al. Phys. Rev. B 67 020405(R) (2003)
  68. Kobayashi K, Kosuge K, Kachi S Mater. Res. Bull. 4 95 (1969)
  69. Katayama N et al. Phys. Rev. Lett. 103 146405 (2009)
  70. Horibe Y et al. Phys. Rev. Lett. 96 086406 (2006)
  71. Uehara A, Shinaoka H, Motome Y Phys. Rev. B 92 195150 (2015)
  72. Radaelli P G et al. Nature 416 155 (2002)
  73. Khomskii D I, Mizokawa T Phys. Rev. Lett. 94 156402 (2005)
  74. Schmidt M et al. Phys. Rev. Lett. 92 056402 (2004)
  75. Кугель К И, Хомский Д И ЖЭТФ 64 1429 (1973); Kugel K I, Khomskii D I Sov. Phys. JETP 37 725 (1973)
  76. Satija S K et al. Phys. Rev. B 21 2001 (1980)
  77. Lee S et al. Nature Mater. 5 471 (2006)
  78. Gehring G A, Gehring K A Rep. Prog. Phys. 38 1 (1975)
  79. Tokura Y, Nagaosa N Science 288 462 (2000)
  80. Haldane F D M Phys. Rev. Lett. 50 1153 (1983)
  81. Affleck I J. Phys. Condens. Matter 1 3047 (1989)
  82. Reehuis M et al. Eur. Phys. J. B 35 311 (2003)
  83. Lee S-H et al. Phys. Rev. Lett. 93 156407 (2004)
  84. Tsunetsugu H, Motome Y Phys. Rev. B 68 060405(R) (2003)
  85. Tchernyshyov O Phys. Rev. Lett. 93 157206 (2004)
  86. Maitra T, Valentí R Phys. Rev. Lett. 99 126401 (2007)
  87. Pardo V et al. Phys. Rev. Lett. 101 256403 (2008)
  88. Streltsov S V J. Magn. Magn. Mater. 383 27 (2015)
  89. Anderson D L New Theory of the Earth (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2007)
  90. Isobe M et al. J. Phys. Soc. Jpn. 71 1423 (2002)
  91. Pen H F et al. Phys. Rev. Lett. 78 1323 (1997)
  92. Straumanis M E, James W J, Custead W C J. Electrochem. Soc. 107 502 (1960)
  93. Korotin M A et al. Phys. Rev. Lett. 83 1387 (1999)
  94. Abd-Elmeguid M M et al. Phys. Rev. Lett. 93 126403 (2004)
  95. Harris S Polyhedron 8 2843 (1989)
  96. Fabrizio M, Tosatti E Phys. Rev. B 55 13465 (1997)
  97. Palstra T T M et al. Solid State Commun. 93 327 (1995)
  98. Streltsov S, Mazin I I, Foyevtsova K Phys. Rev. B 92 134408 (2015)
  99. Mazin I I et al. Phys. Rev. Lett. 109 197201 (2012)
  100. Foyevtsova K et al. Phys. Rev. B 88 035107 (2013)
  101. Pchelkina Z V, Streltsov S V, Mazin I I Phys. Rev. B 94 205148 (2016)
  102. Hiley C I et al. Phys. Rev. B 92 104413 (2015)
  103. Tian W et al. Phys. Rev. B 92 100404(R) (2015); Tian W et al. arXiv:1504.03642
  104. Biffin A et al. Phys. Rev. B 90 205116 (2014)
  105. Miura Y et al. J. Phys. Soc. Jpn. 76 033705 (2007)
  106. Miura Y et al. J. Phys. Soc. Jpn. 78 094706 (2009)
  107. Jackeli G, Khomskii D I Phys. Rev. Lett. 100 147203 (2008)
  108. Kimber S A J et al. Phys. Rev. B 89 081408(R) (2014)
  109. Arapova I Yu et al. Письма в ЖЭТФ 105 356 (2017); Arapova I Yu et al. JETP Lett. 105 375 (2017)
  110. Park J et al. Sci. Rep. 6 25238 (2016)
  111. Sachdev S Quantum Phase Transitions (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2011)
  112. Tocchio L F et al. J. Phys. Condens. Matter 28 105602 (2016)
  113. Anisimov V I et al. Eur. Phys. J. B 25 191 (2002)
  114. de' Medici L et al. Phys. Rev. Lett. 102 126401 (2009)
  115. Biermann S, de' Medici L, Georges A Phys. Rev. Lett. 95 206401 (2005)
  116. Koga A et al. Phys. Rev. Lett. 92 216402 (2004)
  117. Li S, Khatami E, Johnston S Phys. Rev. B 95 121112(R) (2017); Li S, Khatami E, Johnston S arXiv:1703.03985
  118. Efremov D V, Khomskii D I Phys. Rev. B 72 012402 (2005)
  119. Castellani C, Natoli C R, Ranninger J Phys. Rev. B 18 4967 (1978)
  120. Larson M L, Moore F W Inorg. Chem. 3 285 (1964)
  121. Kepert D L, Mandyczewsky R Inorg. Chem. 7 2091 (1968)
  122. Korotin D M, Anisimov V I, Streltsov S V Sci. Rep. 6 25831 (2016)
  123. Torardi C C et al. J. Solid State Chem. 60 332 (1985)
  124. Chi L, Britten J F, Greedan J E J. Solid State Chem. 172 451 (2003)
  125. Doi Y et al. J. Solid State Chem. 161 113 (2001)
  126. Senn M S et al. Phys. Rev. B 87 134402 (2013)
  127. Rijssenbeek J et al. Phys. Rev. B 58 10315 (1998)
  128. Doi Y, Matsuhira K, Hinatsu Y J. Solid State Chem. 165 317 (2002)
  129. Ziat D et al. Phys. Rev. B 95 184424 (2017)
  130. Streltsov S V, Khomskii D I Phys. Rev. B 89 161112(R) (2014)
  131. Tran T T et al. J. Am. Chem. Soc. 137 636 (2015)
  132. Terzic J et al. Phys. Rev. B 91 235147 (2015)
  133. Streltsov S V, Cao G, Khomskii D I Phys. Rev. B 96 014434 (2017)
  134. Kanamori J Prog. Theor. Phys. 17 197 (1957)
  135. Plotnikova E M et al. Phys. Rev. Lett. 116 106401 (2016)
  136. Khomskii D, van den Brink J Phys. Rev. Lett. 85 3329 (2000)
  137. Matsuno J et al. Phys. Rev. Lett. 93 167202 (2004)
  138. Kim B J et al. Phys. Rev. Lett. 97 106401 (2006)
  139. Crawford M K et al. Phys. Rev. B 49 9198 (1994)
  140. Kim B J et al. Phys. Rev. Lett. 101 076402 (2008)
  141. Gunnarsson O, Koch E, Martin R M Phys. Rev. B 54 R11026 (1996)
  142. Hirai D et al. Phys. Rev. Lett. 110 166402 (2013)
  143. Streltsov S V et al. Phys. Rev. B 94 241101(R) (2016)
  144. Jackeli G, Khaliullin G Phys. Rev. Lett. 102 017205 (2009)
  145. Kitaev A Ann. Physics 321 2 (2006)
  146. Trebst S Lecture Notes of the 48th IFF Spring School "Topological Matter — Topological Insulators, Skyrmions and Majoranas", Forschungszentrum Julich, Julich, 2017
  147. Kitaev A Yu Usp. Fiz. Nauk 1 (Suppl.) 131 (2001); Kitaev A Yu Phys. Usp. 44 (Suppl.) 131 (2001)
  148. Braden M et al. Phys. Rev. B 58 847 (1998)
  149. Wang J C et al. Phys. Rev. B 90 161110(R) (2014)
  150. Khaliullin G Phys. Rev. Lett. 111 197201 (2013)
  151. Kunkemöller S et al. Phys. Rev. Lett. 115 247201 (2015)
  152. Kunkemöller S et al. Phys. Rev. B 95 214408 (2017)
  153. Jain A et al. Nature Phys. 13 633 (2017)

© Успехи физических наук, 1918–2021
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение