通过群论与 DFT 计算研究正交 $Pnma$ 结构中的交替磁性

反铁磁性最初被认为有趣但无用，最近作为最有前途的技术磁性相之一出现。最近，发现了一种低对称性反铁磁相，称为交替磁相，其中尽管净磁化强度为零，但未观察到时间反转 ($\mathcal{T}$) 对称性，导致来自相反磁性子晶格的非简并能带。在这项工作中，我们考虑了正交 $Pnma$ 空间群的两个代表，即 BiFeO$_3$ 和 CaMnO$_3$，并从我们的密度泛函理论计算中发现两者均存在交替磁性最低能量相。在不考虑自旋轨道相互作用 (SOI) 的情况下，我们发现在两个系统中沿着布里渊区的高对称路径存在显著的自旋劈裂。从我们的计算获得的能带色散的详细特征证实，仅在 $k_y$-$k_z$ 平面内解除了子晶格自旋简并性，而在布里渊区的其他平面内保持了自旋简并性。我们提供了基于磁空间群 (MSG) 的综合对称性分析来解释我们的 DFT 发现，以及一个具有洞察力的对称性允许的模型哈密顿量，这与我们的结果定性一致。此外，我们将对称性分析扩展到 $Pnma$ 空间群内可能在不考虑 SOI 的情况下承载自旋劈裂现象的另外两个潜在 MSG 及其哈密顿量的可能形式。这些详细的研究为更深入地理解 $Pnma$ 空间群内的自旋劈裂现象铺平了道路，为对称性与电子及磁性之间复杂的相互作用提供了见解。