反磁性材料自旋磁偶极矩的第一性原理理论
材料科学
2026-04-07 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
具有vanishing 净磁化的反磁性体自然会寄托更高阶的磁偶极矩。理解和利用偶极矩自由度对于独特于反磁性材料的新型概念设计和应用至关重要。然而，目前缺乏一种通用、定量的反磁性材料磁偶极矩定义。本文通过引入宏观麦克斯韦方程中的非局部自旋密度，为反磁性材料的任意阶自旋磁偶极矩（SM）提供了统一描述。该形式化手段使 SM 在具有平移对称性的 bulk 系统中计算出的形式与在平移对称性被打破时对应的实验可观测量清晰地对应。通过从第一性原理计算得到的非局部自旋密度，我们提出了一种通过在长波长下受称对称约束的拟合来提取任意阶 SM 的稳健方案。使用该方法，我们计算了几种代表性反磁性材料的 SM，包括 -、MnSn 和 MnNiN。此外，我们阐明了自旋轨道耦合（SOC）在 SM 中的作用，尤其是在弱 SOC 极限下，可基于称对称性原理作出干净的预测。我们的工作为系统性地调查非常规磁性材料的多极序参数铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2604.03578,
title = {First-principles theory of spin magnetic multipole moments in antiferromagnets},
author = {Hua Chen and Guang-Yu Guo and Di Xiao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.03578},
year = {2026}
}
备注
28 pages, 7 figures