配体化学与压力调控的顺磁性铀二砷化物中电子巡游性的微观机制及双路径

《Physical Review B》：Microscopic mechanisms and dual pathways of electron itinerancy tuned by ligand chemistry and pressure in paramagnetic uranium dipnictides

　　

铀5f电子的定域-巡游双重特性决定了众多锕系材料的电子和磁性，然而控制其可调巡游性的微观机制仍未被完全理解。本文采用完全电荷自洽的密度泛函理论结合包含自旋-轨道耦合（SOC）的动力平均场理论，在顺磁（PM）态、T=300 K下研究了铀二类主族化合物U$X_2$（$X$=P, As, Sb）。计算结果表明，铀5f壳层处于混合价态构型，占据数$\langle n_{5f}\rangle\approx2.6\text{–}2.8$，以5f2–5f3态为主。动量分辨光谱和杂化函数显示，沿P→As→Sb系列，5f-$p$杂化的减弱增强了关联效应并加强了5f的定域化，而静水压力的增加则提高了杂化和准粒子（QP）相干性，驱使系统向更强的巡游方向转变。Matsubara自能表明，在300 K下系统表现出相干的费米液体行为，并呈现由自旋-轨道耦合并驱动的轨道分化效应，其中$j=5/2$能流形比$j=7/2$态受到更强烈的重整化。局域磁化率揭示，在室温顺磁相中存在显著的5f矩涨落，这为理解此前反铁磁基态静态DFT计算所推断的磁性特征尺度提供了一种定性的——且必然是推测性的——关联。对实验上已确定的四方$I\overline{4}/m\overline{m}m$相UP$_2$的额外计算表明，在$P\overline{4}/n\overline{m}m$参考结构中识别出的关键特征——包括自旋-轨道耦合分裂的5f能流形、费米能级附近$j=5/2$态的主导地位以及压力增强的准粒子相干性——均得到定性保留，仅因不同的晶体学环境而产生中等的定量差异。综合上述结果，确立了一个清晰的微观机制：配体化学设定了铀-配体杂化的基线和5f定域化程度，而压力则对同一控制参数进行连续调节，从而为理解关联、自旋-轨道耦合和杂化如何在铀金属间化合物中共同决定5f巡游性提供了统一的框架。