准粒子自洽GW方法研究交变磁体MnGeP$_2$的电子结构与交换相互作用

本文采用QS$GW$方法研究了黄铜矿结构（$I\bar{4}2d$）MnGeP$_2$的电子能带结构、光学介电函数和交换相互作用。研究发现该材料是一种反铁磁半导体，其最小直接带隙在$\Gamma$点为2.44 eV，间接带隙为1.87 eV。该材料是一种交变磁体，两个具有相反自旋的磁性原子通过垂直于主四重旋转反演轴的二重旋转操作相关联。沿低对称性线（如$PN$）的自旋分裂相当大，而在对角镜面或二重对称轴上的k点处，自旋分裂为零。交换相互作用采用线性响应方法计算。原胞中最近邻之间的反铁磁交换相互作用占主导地位，并且发现其随载流子掺杂而略有减弱。横向自旋磁化率（在muffin-tin球内平均后提供原子间位点交换相互作用）由$GW$能带结构和波函数计算得出。基于这些交换相互作用，我们获得了沿高对称性线的自旋波谱，并利用平均场和Tyablikov（RPA）估计计算了Néel温度。利用Bethe-Salpeter方程计算了介电函数和光学吸收谱，包括激子效应。我们还研究了Mn$_{\rm Ge}$缺陷位点周围的交换相互作用。虽然我们发现它可以与邻近自旋产生铁磁相互作用，但没有发现产生整体铁磁相的证据。如果通过将Mn与邻近的Ge交换来引入Mn反位缺陷，相互作用仍主要保持反铁磁性。添加Mn反位缺陷会导致金属性能带结构。