动力学磁电荷与线性磁电效应

磁电材料具有基础研究意义，并因其广泛的技术应用潜力而受到研究。寻找并最终理论设计具有大磁电耦合的材料提出了挑战性问题。第一性原理方法直到最近才被开发出来，用于计算完整的磁电响应张量α，包括电子和离子（即晶格介导的）贡献。后者正比于玻恩动力学电荷Z^e及其类似物——动力学磁电荷Z^m。本文对磁电荷Z^m及其可能的增强机制进行了理论研究。我们使用第一性原理密度泛函方法，计算了原型磁电材料Cr_2O_3和一种虚构材料KITPite中的原子Z^m张量，后者此前被报道因交换伸缩效应而显示出强磁电响应。我们的结果证实，在Cr_2O_3中，Z^m值及由此产生的磁电响应仅源于自旋轨道耦合，因此相当微弱。相比之下，在KITPite中，作用于非共线自旋结构的交换伸缩产生了很大的Z^m值，即使在完全不存在自旋轨道耦合的情况下也依然存在。