Diagramma di fase elettronico e strutturale di NaOsO3. Credito:Raimundas Sereika
La perovskite NaOsO 3 ha una transizione metallo-isolante (MIT) dipendente dalla temperatura complicata ma interessante. Un team guidato dai dott. Raimundas Sereika e Yang Ding del Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) hanno dimostrato che lo stato fondamentale isolante in NaOsO 3 può essere conservato fino ad almeno 35 GPa con una lenta riduzione del MIT da 410 K a una temperatura quasi ambiente e possibile trasformazione in una fase polare. Il lavoro è stato pubblicato su npj Materiali quantistici .
NaOsO 3 la perovskite subisce una transizione metallo-isolante concomitante con l'inizio di un ordinamento antiferromagnetico a lungo raggio ad una temperatura di Neel di circa 410 K, che è accompagnato da un ordinamento magnetico senza alcuna distorsione reticolare.
Il team ha condotto uno studio sperimentale e computazionale combinato per comprendere l'effetto della pressione esterna sulla perovskite NaOsO 3 . Hanno trovato proprietà di resistenza isteretica nascoste con uno stato metallico transitorio vicino a 200 K. Anche tre anomalie di carattere elettronico (a 1,7, 9.0, e 25,5 GPa), e sono state scoperte una transizione strutturale alla fase polare singolare (a ~ 18 GPa).
Per quanto riguarda il MIT, le misurazioni del trasporto elettrico dipendenti dalla pressione indicano che lo stato metallico si estende molto lentamente alle temperature più basse. Il TMIT scala quasi linearmente alla pressione. A circa 32 GPa, il MIT diventa molto più ampio, ma può ancora essere identificato. È importante sottolineare che fino a questa pressione, NaOsO 3 preserva lo stato fondamentale isolante.
Inoltre, le curve di riscaldamento e raffreddamento si discostano leggermente, formando uno stretto ciclo di isteresi termica al di sotto del MIT. L'isteresi si attenua progressivamente alla pressione ma alla fine scompare a circa 18 GPa. "L'isteresi osservata solleva una domanda se il MIT sia davvero il tipo di secondo ordine che è stato inizialmente assegnato, " ha detto Sereika.
Ulteriore, quando la pressione aumenta, i risultati Raman mostrano che NaOsO 3 sperimenta un cambiamento strutturale. Gli spettri Raman, in particolare, dimostrano l'aumento del numero di fononi e la scissione indotta dalla pressione della modalità fononi sopra i 18 GPa.
"Le nostre misurazioni Raman dipendenti dalla pressione supportano il fatto che la simmetria del cristallo non cambia fino a 16 GPa a temperatura ambiente e indica che un ulteriore aumento della pressione provoca la trasformazione strutturale in una simmetria diversa, "Ding ha spiegato.
"A circa 26 GPa, la continua riduzione su larga scala dell'intensità si osserva all'aumentare della pressione. Finalmente, le modalità Raman quasi svaniscono a 35 GPa, indicando che il campione si sta avvicinando a uno stato metallico, questo è il MIT, " Ha aggiunto Ding.
Combinando modelli teorici e dati sperimentali, tutti i fenomeni osservati sono stati spiegati in dettaglio. Un ricco diagramma di fase elettronico e strutturale di NaOsO 3 mostra i diversi tipi di transizioni che si verificano nel sistema quando vengono applicate pressione e temperatura:isolante-metallo cattivo, cattivo metallo contro metallo, l'anomala isola di metallo nella regione del metallo cattivo, e la sottile transizione strutturale da non polare a polare.
A bassa temperatura il sistema rimane isolante fino ad una certa pressione critica (~20 GPa in DFT) per poi trasformarsi in un metallo cattivo a causa della chiusura del gap indiretto. In questo intervallo di pressione le bande di valenza e di conduzione sono ancora separate da un gap diretto. Questo divario si chiude a una pressione molto grande, indicando che l'evoluzione delle proprietà elettroniche sulla pressione condivide somiglianze con il processo di chiusura del gap di banda indotto dalla temperatura.
"Il meccanismo magneticamente itinerante di tipo Lifshitz con interazioni spin-orbita e spin-fonone è responsabile di questi cambiamenti indotti dalla pressione, "Ding ha detto. "I nostri risultati forniscono un altro nuovo terreno di gioco per l'emergere di nuovi stati nei materiali 5-D utilizzando metodi ad alta pressione".
