反铁磁与顺磁相在有限温度下的自旋、晶格及自旋-晶格动力学密度泛函描述
计算物理
2022-10-19 v2 材料科学
摘要
描述化合物的反铁磁或顺磁相的（a）电子与磁性质（EMP）通常需要知道给定温度下此类相的（b）自旋构型与晶格结构（SCLS）。事实上，研究（a）与（b）之间的耦合一直是磁学理论中的突出挑战。物质电子相的传统方法通常侧重于求解 EMP 问题，将 SCLS 视为旁观自由度（DOF）。然而，人们已认识到化合物的 EMP 通常对 SCLS 的变化作出自洽响应，反之亦然。我们在此构建一种实用的、基于密度泛函理论（DFT）的方法，提供作为温度函数的 SCLS，涉及对不同磁相的自旋、晶格及自旋-晶格动力学的描述。我们区分三个动力学层次：（I）通过非共线海森堡蒙特卡洛并采用 DFT 交换能处理的自旋 DOF 动力学，（II）通过在模拟温度采用来自层次 I 的固定自旋构型、由第一性原理分子动力学（AIMD）处理的晶格 DOF 动力学，（III）通过 Landau-Lifshitz-Gilbert 自旋动力学与 AIMD 结合处理的自旋与晶格动力学耦合。三个层次各自的 SCLS 被用作 DFT 超胞计算的输入，从而提供各温度下的 EMP。该序列的结果包括电子能带结构、带隙、态密度，以及局域矩的统计分布与短程有序参数，各自均为温度的函数。以 NiO 为测试用例，我们探讨了磁绝缘体中 DOF 在电子与磁性质极小描述中的可分离性，表明纳入自旋动力学以及某种程度上的晶格动力学足以解释 EMP。
引用
@article{arxiv.2202.13723,
title = {Density Functional description of spin, lattice, and spin-lattice dynamics in antiferromagnetic and paramagnetic phases at finite temperatures},
author = {Davide Gambino and Oleksandr I. Malyi and Zhi Wang and Björn Alling and Alex Zunger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.13723},
year = {2022}
}