Mott绝缘体的理论研究

发布时间：2017-12-19 22:20

  本文关键词：Mott绝缘体的理论研究　出处：《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：铜氧化合物高温超导体的发现极大推动了强关联领域的研究进度,尤其是Mott绝缘体和掺杂的Mott绝缘体,在此之前,很少有研究人员关注Mott绝缘体中的物理。尽管目前对于高温超导的配对机制和正常相中的非费米液体行为的理解还存在很多的争议,但基本上都认为高温超导的物理就是掺杂的Mott绝缘体中的物理,因此研究清楚未掺杂的Mott绝缘体中的物理是十分必要的。Mott绝缘体的复杂性体现在系统中高能的电荷涨落与低能的自旋涨落是混合在一起的,为了能够深入理解Mott绝缘体中的物理必须要同时考虑到系统中的电荷与自旋涨落。为此本文提出了一个新的研究Mott绝缘体的理论框架,这套理论可以同时处理Mott绝缘体中的电荷涨落和反铁磁涨落以及它们之间的耦合,为了做到这点我们认为在Mott绝缘体的研究中应该采取辅助费米子理论,而不是在研究高温超导中广泛使用的辅助玻色子理论。我们认为在Mott绝缘体中电荷涨落会产生费米型的holon和doublon,这些holon和doublon会形成束缚态,类似于BCS理论中的费米子配对,holon-doublon的束缚态是决定零温Mott能隙和有限温赝能隙的主要因素。玻色型的自旋自由度可以很好的描述反铁磁海森堡模型中的零温长程反铁磁涨落和有限温短程反铁磁涨落。我们采用自洽玻恩近似处理自旋和电荷自由度之间的耦合。我们计算了系统的平均双占据数,谱函数以及态密度,我们的结果和主要的数值算法结果在半定量上是一致的,这表明我们的方法基本上可以抓住Mott绝缘体中的主要物理过程。在辅助费米子表象中,电子格林函数可以近似写为电荷自由度的格林函数和自旋自由度的格林函数的卷积,因此电子的Mott能隙等于holon-doublon的束缚能减去自旋涨落的贡献。在有限温下我们发现holon-doublon的束缚能会随着温度的升高而降低。由于温度的升高,系统中有效的自旋激发带宽也会增加,这样就使得Mott能隙下降的速度更快。以上的结论意味着Mott绝缘体中的上下Hubbard带不是刚性的,是会随着温度而改变的,这一点是和能带绝缘体完全不同的。基于这样的物理图像我们给出了有限温下Mott绝缘体的相图:当单电子的Mott能隙不为零时,系统处于Mott绝缘相;当Mott能隙为零,holondoublon的束缚能不为零时系统处于赝能隙相;当holon-doublon的束缚能为零时系统处于金属相。我们认为半满赝能隙相中的物理可能和掺杂时产生赝能隙的物理类似,都是由于Mott绝缘体中扣除低能涨落后剩余的holon-doublon束缚能导致。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O469

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本文编号：1309649