UO$_{2}$ 的晶体场与磁结构

UO$_{2}$ 的性质源于丰富的 $f$ 电子物理，包括电子库仑相互作用、自旋轨道耦合与晶体场效应，以及离子间多极耦合。我们利用自洽 DFT+$U$ 计算与模型哈密顿量的联合应用，对 UO$_{2}$ 的电子结构进行了全面的理论研究。U$^{4+}$ 的 $\Gamma_{5}$ 基态以及晶体场激发 $\Gamma_{5} \rightarrow \Gamma_{3,4,1}$ 的能量被很好地重现，与实验非常吻合。我们还研究了竞争的非共线磁结构，并确认 3-k 为 UO$_2$ 在 T=0 K 下的基态磁结构。