钆铁石榴石中磁振子-声子相互作用的第一性原理研究

我们基于交换常数的第一性原理方法获得了自旋波谱，通过第一性原理声子计算方法计算了声子谱，并提取了钆铁石榴石（GdIG）中由磁振子-声子相互作用引起的磁振子谱展宽 $\Delta \omega$。利用获得的交换常数，我们通过 Metropolis Monte Carlo（MC）模拟从自旋模型复现了实验居里温度和补偿温度。在较低频率区间，磁振子-声子色散交叉点的拟合位置与非弹性中子散射实验一致。我们发现 $\Delta \omega$ 与磁振子波矢 $k$ 在 YIG 中具有类似关系。声学自旋波支的展宽正比于 $k^{2}$，而类 YIG 声学支和光学支的展宽为常数。在特定 $k$ 下，声学支、类 YIG 声学支和光学支的磁振子-声子热化时间 $\tau_{mp}$ 分别约为 $10^{-9}$~s、$10^{-13}$~s 和 $10^{-14}$~s。本研究为清晰理解自旋波介导的自旋塞贝克效应提供了具体而有效的信息，并弥补了 GdIG 晶格动力学计算的不足。