磁第二声的第一性原理视角

本文在理论上研究了铁磁Fe和Ni以及磷族化物超导体FeSe反铁磁相中的磁序参量涨落（即纵自旋激发）。这些体系的电荷与自旋动力学通过在第一性原理线性响应含时密度泛函理论、于绝热局域自旋密度近似内计算的广义电荷与自旋密度响应函数来描述。我们观察到，形式上的非相互作用Kohn-Sham系统在纵通道中呈现磁化与电荷动力学间的强耦合，而在电荷通道纳入库仑相互作用并随之出现等离激元后，该耦合被有效消除。纵自旋涨落在无Goldstone玻色子出现的情况下获得集体性，类似于Pd等非磁性金属中顺磁子激发的情形。在铁磁Fe和Ni中，纵自旋动力学由低能带内电子-空穴对间的相互作用主导；而在准二维反铁磁体FeSe中，其由能量量级为交换劈裂的带间跃迁主导。在后一材料中，集体纵磁化涨落在小动量下具有明确能量和长寿命，并出现在粒子-空穴连续谱之下。随着波矢增大，这些模式变得强Landau阻尼。我们将理论发现与已有的自旋极化电子能量损失谱实验结果相关联。在体心立方Fe中，纵磁模式出现在横自旋波典型能量之上，其能量与Stoner自旋翻转激发连续谱相当，且比电荷动力学低一个数量级。