磁性铁中结构相变的动力学模拟

磁性铁中 bcc-fcc（$\alpha$-$\gamma$）和 fcc-bcc（$\gamma$-$\delta$）相变的发生源于磁激发与晶格振动之间的相互作用。然而，这一事实从未通过直接动力学模拟得到证明，即在有限温度下处理非共线磁涨落与原子动力学及其耦合。从 ab initio 模拟生成的大量数据出发，我们推导出了描述近乎完美晶格位置附近涨落的 bcc 和 fcc 铁的非共线磁多体势。随后，我们利用自旋-晶格动力学模拟评估了 bcc 与 fcc 相自由能之差，在统一的动力学图像中评估了它们的相对稳定性。我们发现了 bcc 和 fcc 自由能曲线之间的两个交点，分别对应于 $\alpha$-$\gamma$ bcc-fcc 和 $\gamma$-$\delta$ fcc-bcc 相变。在两个相变点之间的温度区间内，最大 fcc-bcc 自由能差为 2 meV，与其他实验和理论估计相符。