过渡金属氧化物中的交换相互作用：氧自旋极化的作用

过渡金属 (TM) 氧化物的磁性通常用 Heisenberg 模型描述，其中自旋之间的相互作用与取向无关。然而，该模型的适用性对于 TM 氧化物并未得到充分论证，因为氧的自旋极化通常被忽略。在基于 Anderson 原理的传统模型中，氧的效应被视为 TM 离子的属性，只有 TM 之间的相互作用是相关的。本文中，我们对典型 TM 氧化物中处理氧自旋极化的两种方法进行了系统比较。为此，我们利用磁力定理计算了 NiO、MnO 和赤铁矿 (Fe2O3) 在不同磁构型下的交换相互作用。我们考虑了包含氧位点的完整自旋 Hamiltonian，并推导了一个有效模型，其中氧上的自旋极化重整化了 TM 位点之间的交换相互作用。令人惊讶的是，如果忽略氧上的自旋极化，NiO 中的交换相互作用依赖于磁态，导致非 Heisenberg 行为。相反，在 NiO 中包含自旋极化使 Heisenberg 模型更适用。恰恰相反，MnO 在忽略氧自旋极化时表现为 Heisenberg 磁体，但当包含氧上的自旋极化时则表现出强烈的非 Heisenberg 效应。在赤铁矿中，两种模型都导致非 Heisenberg 行为。本文讨论了磁力定理以及 Heisenberg 模型对 TM 氧化物的普遍适用性。