过渡金属石墨插层化合物中交变磁性的第一性原理预测
材料科学
2025-11-21 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
我们报告了在石墨插层化合物（GIC）中出现交变磁性（一种以补偿自旋有序和动量依赖自旋劈裂共存为特征的磁相）的情况。GIC是一个长期因其可调电子和结构性质而被研究的原型材料系统。通过第一性原理计算，我们证明了钒插层的阶-1石墨化合物具有固有的交变磁性。六方晶系和V原子的反铁磁有序生成了一个磁空间群，该空间群在保持零净磁化强度的同时，强制在动量空间中交替自旋极化。计算的能带结构揭示了稳健的交变磁性特征：沿高对称方向，我们观察到约270 meV的显著自旋劈裂，并伴有交替的自旋极化。至关重要的是，自旋劈裂对自旋-轨道耦合（SOC）效应表现出极低的敏感性，凸显了交换相互作用相对于相对论效应的主导地位。通过蒙特卡洛模拟，我们预测磁转变温度（）约为228 K，表明在液氮温度以上存在稳定的磁有序。对称性保护的自旋织构、与SOC无关的劈裂以及升高的温度的结合，使V-GIC成为自旋电子学应用（特别是零场自旋极化电流产生和拓扑稳健的自旋输运）的有前景的候选材料。作为首个基于碳的交替磁系统的演示，这项工作为设计受晶体对称性约束的自旋极化量子态提供了一种设计范式。
引用
@article{arxiv.2506.18353,
title = {First-principles prediction of altermagnetism in transition metal graphite intercalation compounds},
author = {Weida Fu and Guo-Dong Zhao and Tao Hu and Wencai Yi and Hui Zhang and Alessandro Stroppa and Wei Ren and Zhongming Ren},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.18353},
year = {2025}
}