具有关联电子结构与显著自旋轨道耦合的磁性材料中的海森堡与各向异性交换相互作用
强关联电子
2021-05-26 v2 其他凝聚态物理
摘要
Dzyaloshinskii-Moriya（DM）相互作用以及对称各向异性交换，是稳定拓扑非平庸磁纹理（例如斯格明子、半子与霍普夫子）的重要成分。这类纹理目前从基础科学角度备受关注，也在未来自旋电子学信息技术的背景下被讨论。尽管对海森堡交换相互作用的理论理解已较为完善，但从第一性原理理论出发，在存在显著电子-电子关联的磁性体系中，获取DM相互作用以及对称各向异性交换仍具挑战，二者均需要对电子结构进行全相对论处理。在此，我们给出一个理论框架的结果，该框架可计算任意给定体系中的这些相互作用，并通过若干选定案例（体相与低维体系）展示其性能。我们处理了几个代表性案例，包括体相体系CoPt和FePt、B20化合物MnSi和FeGe，以及低维过渡金属双层Co/Pt(111)和Mn/W(001)。使用动力学平均场理论在自旋极化矩阵+涨落交换（SPTF）近似水平上分析了电子-电子关联的影响，涉及各向同性（海森堡）与各向异性（DM）相互作用相对于底层电子结构的强度与特征。我们的方法可结合更先进的关联处理技术，例如动力学平均场理论杂质求解器的量子蒙特卡洛与精确对角化方法。我们发现，关联引起的DM相互作用变化可能相当显著，在最突出案例中可达五倍修正。
引用
@article{arxiv.2011.08209,
title = {Heisenberg and anisotropic exchange interactions in magnetic materials with correlated electronic structure and significant spin-orbit coupling},
author = {Vladislav Borisov and Yaroslav O. Kvashnin and Nikolaos Ntallis and Danny Thonig and Patrik Thunström and Manuel Pereiro and Anders Bergman and Erik Sjöqvist and Anna Delin and Lars Nordström and Olle Eriksson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.08209},
year = {2021}
}
备注
20 pages, 22 figures