Transition from band insulator to Mott insulator and formation of local moment in the half-filled ionic SU(N) Hubbard model

物理 莫特绝缘子 赫巴德模型 凝聚态物理 准粒子 离子键合 费米子 量子力学 离子 超导电性
作者
Shan-Yue Wang,Da Wang,Qiang-Hua Wang
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:106 (24) 被引量:2
标识
DOI:10.1103/physrevb.106.245113
摘要

We investigate the local moment formation in the half-filled SU($N$) Hubbard model under a staggered ionic potential. As the Hubbard $U$ increases, the charge fluctuations are suppressed and eventually frozen when $U$ is above a critical value $U_c$, marking the development of well-defined local moment with integer $m$ fermions on the A-sublattice and $(N-m)$ fermions on the B-sublattice, respectively. We obtain an analytical solution for $U_c$ for the paramagnetic ground state within the variational Gutzwiller approximation and renormalized mean field theory. For large $N$, $U_c$ is found to depend on $N$ linearly with fixed $m/N$, but sublinearly with fixed $m$. The local moment formation is accompanied by a peculiar phase transition from the band insulator to the Mott insulator, where the ionic potential and quasiparticle weight are renormalized to zero simultaneously. Inside the Mott phase, the low energy physics is described by the SU($N$) Heisenberg model with conjugate representations, which is widely studied in the literature.

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