绝缘体的 Berry 相位极化与轨道磁化 Responses：广义极化率公式及其应用
其他凝聚态物理
2025-12-23 v1
摘要
凝聚态物理学常涉及确定固体对外部刺激的响应。本文复现并扩展了用于计算晶体电子绝缘体中响应系数（此处称为（广义）极化率）的微观形式。主要关注 Berry 相位极化与轨道磁化，为此我们获得描述对任意（但为静态和均匀）扰动的线性响应的通用公式。我们也考察了对任意晶格周期可观测量（例如自旋、层拟自旋）对电场和磁场的响应，并为微观建立 Maxwell 关系（在共轭广义极化率之间）的基础。我们进一步引入并考察了 Berry 曲率或霍尔矢量极化率的概念，即 Berry 曲率对一般扰动的响应，并展示其如何关系到 Berry 相位极化与轨道磁化响应。对于所有考虑的极化率，我们获得适用于二维和四维模型的简化公式，这些公式直接以哈密顿量和扰动的形式出现。讨论了这些公式的三个具体应用：(i) 计算一维和二维模型反磁性体的磁电极化率；(ii) 证明二维 Dirac 费子的（准）拓扑特征在极化率中的存在；(iii) 计算三维磁性体中应变引起的 Berry 曲率极化率。
引用
@article{arxiv.2512.19380,
title = {Berry phase polarization and orbital magnetization responses of insulators: Formulas for generalized polarizabilities and their application},
author = {J. W. F. Venderbos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.19380},
year = {2025}
}
备注
21 pages; 6 figures; 5 appendices