二维磁体中的高阶交换相互作用
介观与纳米尺度物理
2020-10-30 v1 材料科学
强关联电子
摘要
新近发现的范德瓦耳斯材料中的磁性为在真正二维体系中研究基本自旋相互作用开辟了新途径。一个至关重要的问题是，超出双线性海森堡交换的高阶相互作用对仅数个原子层厚的化合物的磁性有何影响。本文证明，作为最简单且最自然的非海森堡耦合形式，双二次交换相互作用在层状磁体的磁性中起着关键作用。结合使用非微扰解析技术、非共线第一性原理方法以及包含高阶交换的经典蒙特卡洛计算，我们表明包括磁各向异性、自旋波能隙和拓扑自旋激发在内的若干物理量被本征地重整化，从而进一步提升了层的热稳定性。我们构建了一个同时包含反对称交换（例如 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用）的自旋哈密顿量，成功解释了当前存在争议的大量观测现象，例如尽管具有强磁各向异性但若干化合物呈现非伊辛特征、二维磁体磁子能谱的奇异性，以及实验与计算居里温度之间的偏差。我们的结果为面向新型二维磁体设计策略的普适高阶交换理论奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2006.04891,
title = {Higher-order exchange interactions in two-dimensional magnets},
author = {Alexey Kartsev and Mathias Augustin and Richard F. L. Evans and Kostya S. Novoselov and Elton J. G. Santos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.04891},
year = {2020}
}