通过压力与掺杂实现 MnAu$_2$ 自旋螺旋态的坍缩与控制

MnAu$_2$ 是一种自旋螺旋材料，具有面内铁磁 Mn 层围绕四方 $c$ 轴形成螺旋型图案。中子衍射实验表明，螺旋角 $\theta$ 随压力减小，在后来的研究中发现其在超过临界压力后会坍缩为铁磁态，尽管两次独立的实验对于该相变是一阶还是二阶并未达成一致。为了解决这一矛盾，我们使用密度泛函理论计算研究了螺旋态随压力、电荷掺杂以及通过类 Hubbard $U$ 引入的电子关联的变化。我们将结果拟合到一维 $J_{1} - J_{2} - J_{3} - J_{4}$ Heisenberg 模型，该模型预测在不同参数空间区域发生一阶或二阶螺旋-铁磁相变。在环境压力下，MnAu$_2$ 在参数空间中靠近分隔一阶和二阶相变的分界线，而压力与电子掺杂的组合将系统从一阶区域移至二阶区域。我们的发现表明，压力实验中关于相变类型的矛盾可能是由于样品质量的差异造成的。我们的结果还表明，MnAu$_2$ 适合通过化学掺杂进行工程调控，并可通过压力和栅压控制 $\theta$，这为其在自旋电子器件中的集成提供了潜力。