La pérovskite NaOsO 3 a une transition métal-isolant (MIT) dépendante de la température, compliquée mais intéressante. Une équipe dirigée par les Drs. Raimundas Sereika et Yang Ding du Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) ont montré que l'état fondamental isolant dans NaOsO 3 peut être conservé jusqu'à au moins 35 GPa avec une réduction lente du MIT de 410 K à une température proche de la pièce et une transformation possible en une phase polaire. L'ouvrage a été publié dans Matériaux quantiques npj .

NaOsO 3 la pérovskite subit une transition métal-isolant concomitante à l'apparition d'un ordre antiferromagnétique à longue portée à une température de Neel d'environ 410 K, qui s'accompagne d'un ordre magnétique sans aucune distorsion du réseau.

L'équipe a réalisé une étude expérimentale et informatique combinée pour comprendre l'effet de la pression externe sur la pérovskite NaOsO 3 . Ils ont trouvé des propriétés de résistance hystérétique cachées avec un état métallique transitoire proche de 200 K. De plus, trois anomalies de caractères électroniques (à 1,7, 9.0, et 25,5 GPa), et une transition structurelle vers la phase polaire singulière (à ~ 18 GPa) ont été découvertes.

En ce qui concerne le MIT, les mesures de transport électrique dépendant de la pression indiquent que l'état métallique s'étend très lentement aux températures inférieures. Le TMIT évolue presque linéairement en fonction de la pression. A environ 32 GPa, le MIT devient beaucoup plus large, mais peut toujours être identifié. Surtout, jusqu'à cette pression, NaOsO 3 préserve l'état du sol isolant.

En outre, les courbes de réchauffement et de refroidissement s'écartent légèrement, formant une boucle d'hystérésis thermique étroite en dessous du MIT. L'hystérésis est progressivement atténuée lors de la pression mais disparaît finalement vers 18 GPa. "L'hystérésis observée soulève la question de savoir si le MIT est vraiment le type de second ordre qui a été initialement attribué, " dit Sereika.

Plus loin, lorsque la pression augmente, les résultats Raman montrent que NaOsO 3 connaît un changement structurel. Les spectres Raman en particulier démontrent l'augmentation du nombre de phonons et la division induite par la pression du mode phonon au-dessus de 18 GPa.

"Nos mesures Raman dépendantes de la pression soutiennent le fait que la symétrie cristalline ne change pas jusqu'à 16 GPa à température ambiante et indique qu'une augmentation supplémentaire de la pression provoque une transformation structurelle en une symétrie différente, " expliqua Ding.

"A environ 26 GPa, la réduction continue à grande échelle de l'intensité est observée à mesure que la pression augmente. Finalement, les modes Raman disparaissent presque à 35 GPa, indiquant que l'échantillon se rapproche d'un état métallique, c'est le MIT, " ajouta Ding.

En combinant modélisation théorique et données expérimentales, tous les phénomènes observés ont été expliqués en détail. Un riche diagramme de phase électronique et structurel de NaOsO 3 montre les différents types de transitions se produisant dans le système lorsque la pression et la température sont appliquées :isolant-mauvais métal, mauvais métal contre métal, l'îlot de métal anormal dans la région du mauvais métal, et la subtile transition structurelle non polaire à polaire.

A basse température le système reste isolant jusqu'à une certaine pression critique (~20 GPa en DFT) puis se transforme en un mauvais métal du fait de la fermeture du gap indirect. Dans cette plage de pression, les bandes de valence et de conduction sont toujours séparées par un espace direct. Cet écart se referme à très grande pression, indiquant que l'évolution des propriétés électroniques lors de la pression partage des similitudes avec le processus de fermeture de la bande interdite induite par la température.

"Le mécanisme magnétiquement itinérant de type Lifshitz avec des interactions spin-orbite et spin-phonon est responsable de ces changements induits par la pression, " Ding a déclaré. "Nos résultats fournissent un autre nouveau terrain de jeu pour l'émergence de nouveaux états dans les matériaux 5-D en utilisant des méthodes à haute pression."