从 meta-GGA 视角看 RuO₂ 的反铁磁序

金属氧化物 RuO₂ 承载着一个引人注目的磁性边缘案例：理想体材料为非磁性，而密度泛函理论（DFT）通过 DFT+U 方法预测了反铁磁基态。应变或掺杂薄膜的磁性状态仍存在争议，但已有充分证据表明存在非平凡磁性态。本文在 Jacob 阶梯的更高一级——即包含动能密度和密度拉普拉斯量的 meta-GGA 水平上，研究了 RuO₂ 的反铁磁基态。虽然固体物理的主力泛函是广义梯度近似（GGA），但现代 r²SCAN-L 泛函已被确立为可替代 GGA 的通用泛函，在系统改善固体性质的同时不会引入诸如错误的磁性基态等虚假误差。对 RuO₂ 的 LSDA+U、GGA+U 和 meta-GGA+U 结果的比较显示交换相互作用系统性增强，导致在不同密度泛函近似水平下 Hubbard $U$ 参数的起始值降低。然而，在实验晶格常数下研究的磁性基态在 r²SCAN-L 水平上仍为非磁性。我证明反铁磁序可通过晶格膨胀、空穴掺杂和 c 轴单轴应变轻易形成。r²SCAN-L 计算为不同畸变和掺杂水平下反铁磁序的起始设定了保守阈值，且是在无参数框架下完成的。