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闡明強關聯d電子引發的各種奇特物理現象一直是現代凝聚態物理的焦點之一，而磁性是其中最重要的物理特性之一。
在高軌道5d
材料中不同相互作用的競爭，包括電子間庫侖相互作用、晶體場、洪特耦合能、以及自旋-軌道耦合作用等決定了其宏觀物性。在外場擾動下，如壓力、溫度和電磁場，這些作用既會耦合又有相互競爭，從而使磁性變得更加複雜和有趣。研究高軌道材料中磁性如何隨壓力（及溫度）而改變，發現新的磁有序行為，可以為在微觀量子尺度上理解其磁性機制提供重要的基礎。北京高壓科學研究中心丁陽研究員帶領的研究團隊發現自旋軌道Mott絕緣體Sr327在高壓下出現晶格受挫並導致其長程反鐵磁序消失的現象。他們的研究提出晶格自由度在調節5d材料磁性方面起著至關重要的作用。相關研究近期發表於
npj Quantum Materials。
5d 高軌道材料中新Mott絕緣態的出現多源於SOC與晶體場耦合和電子－電子的庫侖作用，而且由於5d 電子－電子的庫侖作用一般在2-3 eV，遠小於3d電子的6-8 eV。這些因素導致的結果就是5d 高軌道材料中新Mott 絕緣體的帶隙一般較小。再加上SOC與晶體場（~的耦合，即使在較低的壓力下，在高軌道材料中也會同時出現磁性相變、金屬－絕緣體相變或（及）結構相變。這種低壓磁（電）-
彈耦合相變幾乎成為高軌道磁性相變的共性。由於多種相變幾乎同時發生，這對理解相變的動力學是一個挑戰。研究這類問題需要同時測得磁激子、聲子譜或是振動光譜及電輸運，配合量子多體計算模擬。研究清楚它們之間耦合機制，有助於揭示初始的相變驅動力。
基於上述問題，北京高壓科學研究中心丁陽研究員帶領的研究團隊，利用拉曼、X射線衍射、電輸運和多體理論計算等技術方法來研究5d
高軌道材料的典型代表，Sr327以期待闡明5d高軌道材料磁性與物性之間的關係。「Sr3277被認為是一個有著較小電荷能隙和磁矩的自旋軌道耦合模特絕緣體。其IrO6正八面體的旋轉和沿
c軸方向輕微的傾斜會導致其結構對稱性的變化。因此Sr327是一個理想的研究其晶格變化如何影響其電磁性質和結構穩定性的物件，」該工作的第一作者張建波博士說到。
圖（1）：單磁子峰的發現以及其隨壓力的變化
透過高壓低溫拉曼他們發現Sr3的單磁子峰隨壓力而軟化並最終消失。原位X射線衍射及拉曼光譜的變化顯示出伴隨著磁相變伴隨的結構相變。電輸運的測量又表明磁相變與絕緣金屬轉變是分離的，沒有表現出傳統的磁性和Mott絕緣狀態之間的相關性。另外他們透過自旋波理論計算表明磁子峰的軟化是由於壓力減少了四方畸變，而6八面體在
c軸方向傾斜度隨壓力的增加最終導致了單磁子峰的消失。
圖（2）：Spin-wave理論預測單磁子峰布里淵區中心能量與四面體畸變(q6327的基態中起著至關重要的作用，同時也說明透過壓力調控晶體結構來控制材料的電磁特性，成為探索自旋軌道莫特絕緣體中的新量子態的一條有效途徑，」丁陽研究員介紹說到。
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