无序相互作用系统中的电子库仑排斥力与杂质势能

《Journal of Computational Electronics》：Electron Coulomb repulsion versus impurity potential in disordered interacting systems

无序相互电子系统中库仑排斥与杂质势竞争影响能带结构和相图，提出新计算方法避免蒙特卡洛随机误差及格林函数重复计算问题，对比DMFT+CPA与四位点BEMSCA方法，发现临界强度uc1=3.11t和uc2=13.99t分别对应绝缘态到金属态转变及金属态到Mott绝缘态转变，特殊库仑强度下出现平坦价带可能关联陶瓷高温超导机制。

　　

摘要

在这项工作中，我们提出了一种用于研究无序相互作用电子系统的新计算方法。由于库仑排斥力和杂质势都会改变系统的能带结构，从而影响其电子性质，因此我们探讨了电子间的库仑排斥力与杂质势在改变系统能带结构及其相图中的作用机制。该方法应用于一个无序相互作用电子的正方形晶格系统。我们方法的优点包括消除了蒙特卡洛过程中随机数的影响，并避免了由于重复计算格林函数而产生的计算误差。为了比较多站点方法与单站点方法的优势，我们计算了动态平均场理论（DMFT）加相干势近似（CPA）以及多站点超越有效介质超胞近似（BEMSCA）下的重整化能带结构。通过使用实际计算得到的能带结构，我们研究了库仑相互作用与杂质势参数在系统相图中的竞争关系。我们的计算结果表明，在(\(\delta = 4.0t\)、\(u = 0\)的点处观察到了能带分裂现象。随着库仑排斥力\(u\)的增加，分裂能带之间的能量间隙减小，并分别在\(u_c1 = 3.11t\)和\(u_c1 = 2.7t\)时完全消失（对于DMFT+CPA和四站点BEMSCA）。当库仑排斥力大于\(u_c1\)（即\(u > u_c1\)）时，两个能带合并为一个单一能带，从而形成顺磁金属态。这种金属态出现在库仑相互作用强度足以克服无序势影响的区域。这种金属态一直持续到\(u_c2 = 13.99t\)（对于DMFT+CPA）和\(u_c2 = 8.15t\)（对于四站点BEMSCA）。这些金属态分别位于两个绝缘态之间：能带绝缘态（\(u < u_c1\)）和莫特绝缘态（\(u > u_c2\)）。另一个重要结果是，在特定的库仑排斥力下，费米能级处的价带变得平坦。价带的平坦化可以被视为陶瓷超导体高温超导性的一个形成机制。