New electronic states emerging from strong spinorbit coupling

New electronic states emerging from strong spin-orbit coupling : the case of iridates

Le couplage spin-orbite Z 4 L=1 J=1/2 px, py, pz J=3/2 Þ 10 me. V pour métaux 3 d Þ 100 -500 me. V pour 5 d

Le couplage spin-orbite Essentiel pour les isolants topologiques (souvent composés avec Bi…) Topologie et corrélations fortes ? ? ? Þ Na 2 Ir. O 3 , multicouches… Magnétisme De nouveaux états J=1/2 Reconstruction des structures électroniques px, py, pz Þ Hyperkagome… Þ Perovskite Sr 2 Ir. O 4…

Sr 2 Ir. O 4 A priori, on ne s’attend pas à des corrélations très fortes dans les matériaux 5 d. Structure perovskite Jeff=1/2 Jeff=3/2 Corrélations assez faibles Corrélations fortes Kim et al. PRL 2008

Sr 2 Ir. O 4 est isolant et magnétique Isolant Cao et al. , PRB 1998 Antiferro with TN=240 K + weak ferromagnetism

Sr 2 Ir. O 4 Le couplage spin-orbite crée une bande étroite demi remplie où les corrélations sont fortes. Structure perovskite Jeff=1/2 Jeff=3/2 Corrélations assez faibles Corrélations fortes Kim et al. PRL 2008

Sr 2 Ir. O 4 est-il un isolant de Mott ? Mott Martins, Bierman et al. PRL 2011 Slater Arita et al. , PRL 2011 Hsieh et al. , PRB 2012 Li, Mandrus, Cond-mat 2013 J = 0, 1 e. V Gap = 0, 2 e. V Qu’arrivera-t-il si on dope ce matériau ? Supra HTc ? Wang, Senthil PRL 2011 Moon et al. , PRB 2009

Dopage « Facile » de le rendre métallique ? - Pas sous pression jusque 100 GPa (Zocco, Mapple et al. cond-mat 2013), contrairement à Ba 2 Ir. O 4, métallique au-dessus de 13, 8 GPa (Okabe et al. PRB 2011). Rôle du désordre ? - Seul le groupe de Cao apparemment réussit à les doper. (Sr 1 -x. Lax)2 Ir. O 4 Ge, Cao, PRB 2011 Sr 2(Ir 1 -x. Rhx)O 4 Qi, Cao, PRB 2012 Sr 2 Ir. O 4 -d Kornetta, Cao, PRB 2010

D’autres structures… - Bilayer Sr 2 Ir 3 O 7, plus métallique. Dopable ? ? - Post-perovskite Ca. Ir. O 3 => Na. Ir. O 3 - Double perovskite (aussi 2 D ? )

Photoémission dans Sr 2 Ir. O 4 Coll : I. R. Fisher, Stanford + Cassiopée, SOLEIL Intensité intégrée à -0. 2 e. V Mesurée à 20 K G Structure de bandes selon GX (Wien 2 k) Dépendance en température TN = 240 K X G X Energy (e. V)

Doping ? Quel genre de métaux peut-on obtenir en dopant ? Y a-t-il des signes de corrélations fortes ? Sr 2 Ir. O 4 Sr 2(Ir 1, 8 Rh 0, 2)O 4 -0, 35 e. V Sr 2 Ir. O 4 annealed 0 e. V (Sr 0, 95 La 0, 05)2 Ir. O 4 -0, 55 e. V Spectre à k. F