由界面更高阶交换相互作用驱动的双层三Q态
材料科学
2025-06-06 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
我们利用第一性原理计算和原子模型预测，在Ir(111)表面上的Mn原子双层中稳定化三Q态，由于界面更高阶交换相互作用。基于密度泛函理论（DFT），我们研究Mn单层和双层在Ir(111)表面的磁相互作用和基态。我们计算了自旋螺旋（单Q态）的能量色散，以扫描大部分磁相空间并获得成对交换相互作用常数的能量。通过包括自旋轨道耦合，我们确定了Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的强度。为了揭示更高阶交换相互作用在这些薄膜中的作用，我们考虑由自旋螺旋叠加获得的多Q态。在Ir(111)上fcc堆积的Mn单层中，三Q态在DFT中表现出最低总能，而Néel态在hcp堆积时最为有利。对于Ir(111)上的Mn双层，可能存在两种三Q态。在这两种磁配置中，三Q态在每个Mn层内都发生。然而，只有在其中一种情况下，不同层的最近邻自旋也呈现出特征化三Q态的四面体角。我们将这种具有DFT计算中最低总能的状态称为理想双层三Q态。该状态在每个Mn层中表现出显著的拓扑轨道矩，这些轨道矩平行排列，导致较大的拓扑轨道磁化。我们在包括成对Heisenberg交换、Dzyaloshinskii-Moriya相互作用以及更高阶交换相互作用的原子模型中解释了DFT结果。
引用
@article{arxiv.2506.05091,
title = {Bilayer triple-Q state driven by interlayer higher-order exchange interactions},
author = {Bjarne Beyer and Mara Gutzeit and Tim Drevelow and Isabel Schwermer and Soumyajyoti Haldar and Stefan Heinze},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.05091},
year = {2025}
}