激子绝缘体中的电与磁多极子及键序

我们在紧束缚近似下研究了激子绝缘体 (EI) 态的电荷和自旋密度分布。首先讨论了当价带和导带由单个原子中的正交轨道组成时 EI 态的电荷和自旋密度。我们表明，各向异性的电荷或自旋密度分布出现在单胞（或原子）中，且高阶电或磁多极矩变为有限值，这表明 EI 态对应于多极子序。随后一般性地给出了 $s$、$p$ 和 $d$ 轨道多极矩的完整描述。我们发现，与传统的密度波态相比，这种情况下总电荷或净磁化强度的调制并不出现。然而，当导带和价带包含相同轨道的分量时，总电荷或净磁化强度的调制就会出现，如同传统密度波态一样。我们还讨论了当价带和导带由位于不同原子的轨道组成时 EI 态中的电子密度分布。我们表明，这种情况下的激子有序对应于键序的形成。基于所得结果，我们讨论了最近报道的真实材料中的 EI 态。