Engineering Kitaev exchange in stacked iridate layers: impact of inter-layer species on in-plane magnetism
Engineering Kitaev exchange in stacked iridate layers: impact of inter-layer species on in-plane magnetism
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堆叠铱酸盐层中的工程基塔耶夫交换：层间物质对面内磁性的影响
DOI：
10.1039/c8sc03018a
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
8.4
通讯作者：
L. Hozoi
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
R. Yadav;M. S. Eldeeb;R. Ray;S. Aswartham;M. I. Sturza;S. Nishimoto;J. van den Brink;L. Hozoi
在氧化物电子学中，通过适当地堆叠不同金属种（MOp和M 'Oq）的平面氧化物层，可以实现新的功能。允许这种异质结构的电子状态和物理性质的裁剪的最简单的机制是静电性质- M和M阳离子之间的电荷不平衡。本文阐明了层间静电对H3LiIr2O6各向异性基塔耶夫交换的影响，这是最近提出的基塔耶夫自旋液体的实现。通过量子化学计算，我们发现在具有磁性活性的[LiIr2O6]3−蜂窝状层之间的H+阳离子的精确位置对基塔耶夫相互作用的大小有很强的影响。特别是，发现层间O - h - O键的直接堆叠不利于面内基塔耶夫交换，因为O配体的单个h离子配位意味着O位的轴向库仑势和介导Ir-Ir相互作用的O - 2p轨道的不利极化。因此，我们的结果为合理设计基塔耶夫量子磁体提供了有价值的指导，表明如果去除线性层间连接，基塔耶夫相互作用将达到前所未有的≈40 meV。
Novel functionalities may be achieved in oxide electronics by appropriate stacking of planar oxide layers of different metallic species, MOp and M′Oq. The simplest mechanism allowing the tailoring of the electronic states and physical properties of such heterostructures is of electrostatic nature—charge imbalance between the M and M′ cations. Here we clarify the effect of interlayer electrostatics on the anisotropic Kitaev exchange in H3LiIr2O6, a recently proposed realization of the Kitaev spin liquid. By quantum chemical calculations, we show that the precise position of H+ cations between magnetically active [LiIr2O6]3− honeycomb-like layers has a strong impact on the magnitude of Kitaev interactions. In particular, it is found that stacking with straight interlayer O–H–O links is detrimental to in-plane Kitaev exchange since coordination by a single H-ion of the O ligand implies an axial Coulomb potential at the O site and unfavorable polarization of the O 2p orbitals mediating the Ir–Ir interactions. Our results therefore provide valuable guidelines for the rational design of Kitaev quantum magnets, indicating unprecedented Kitaev interactions of ≈40 meV if the linear interlayer linkage is removed.
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