Пространственно-селективный переход Мотта диэлектрик-металл в Fe2O3 под давлением

Е. Гринберг, И. Леонов, С. Лайек, С. Конопкова, М.П. Пастернак, Л. Дубровинский, Р. Женлоц, И.А. Абрикосов, Г.Х. Розенберг

В данной работе в рамках исследования свойств оксида Fe₂O₃ под давлением впервые предложен и описан новый тип перехода Мотта диэлектрик-металл – неоднородный (пространственно-селективный) переход Мотта, связанный с коллапсом локальных моментов и металлизацией 3d электронов только части (половины) Fe³⁺ ионов. Результаты DFT+DMFT расчетов (DFT+DMFT – теория функционала плотности совместно с теорией динамического среднего поля), в согласии с экспериментом (мёссбауровская спектроскопия, рентгеновская дифракция и электросопротивление), демонстрируют стабильность данного пространственно-селективного состояния в области ~50–68 ГПа, при этом металлизация сопровождается появлением (по крайней мере) двух неэквивалентных подрешеток ионов Fe³⁺ с разными электронными (металл/диэлектрик) и магнитными (высоко-/низкоспиновое состояние) свойствами. Показано, что что концепция неоднородного моттовского перехода является общей и широко применимой для описания свойств коррелированных систем вблизи перехода диэлектрик-металл Мотта под давлением.

Рис. 1. Уравнение состояния объем-давление для Fe₂O₃. Показана фаза гематита (hematite, пространственная группа R-3c), промежуточная фаза двойного перовскита DPv (моноклинная, P2₁/n) и фаза высокого давления HP (орторомбическая, Aba2). HS – высокоспиновое состояние. NM – немагнитное, низкоспиновое состояние.

Рис. 2. ⁵⁷Fe мёссбауэровские спектры Fe₂O₃ при различных давлениях и температурах: при комнатной температуре (a, d), для различных температур (b, c), под давлением (a, b, c) и на декомпрессии (d).

Научно-популярное эссе

1. Pressure-Induced Site-Selective Mott Insulator-Metal Transition in Fe₂O₃ / E. Greenberg, I. Leonov, S. Layek, Z. Konopkova, M.P. Pasternak, L. Dubrovinsky, R. Jeanloz, I.A. Abrikosov, G.Kh. Rozenberg // Physical Review X. — 2018. — V. 8. — P. 31059 — 31071.