高压下自旋交叉前后氧化物材料中阳离子自旋与超交换相互作用

我们基于过渡金属氧化物中超交换相互作用的多电子计算，推导了高压下自旋交叉前后均适用的超交换相互作用符号的简单规则。处于 d$^n$ 构型的两个阳离子之间的超交换相互作用由与到 d$^{n + 1}$ 和 d$^{n - 1}$ 构型不同态的电子-空穴虚激发相关的各项贡献之和给出。利用这些规则，我们分析了从 d$^2$ 到 d$^8$ 具有磁性阳离子的众多氧化物的超交换相互作用符号：铁、钴、铬、镍、铜和锰的氧化物随压力增加的情况。最有趣的结果涉及钴和镍氧化物 CoO、Ni$_2$O$_3$ 以及 La$_2$CoO$_4$、LaNiO$_3$（与著名的高-T$_C$ 和巨磁阻材料同构）的磁态。这些氧化物在高压下具有自旋 $\frac{1}{2}$。对于阳离子处于 d$^5$（FeBO$_3$）和 d$^7$（CoO）构型的氧化物材料，预测其相互作用在自旋交叉前为反铁磁性，在自旋交叉后变为铁磁性，而对于具有其他 d$^n$ 构型的材料，高压下的自旋交叉不改变超交换相互作用的符号。