反亚铁磁有序性和电子关联对 MnTiO$_3$ 电子结构的影响

电子关联和长程磁有序性对固体的电子结构和物理性质具有显著影响。本文使用室温光谱学和密度泛函理论（DFT）、DFT+$U$ 和 DFT+动态均值场理论（DMFT）等理论方法研究了 ilmenite MnTiO$_{3}$ 的电子结构。Mn 2$p$（Ti 2$p$）核心层光谱确认了 Mn$^{2+}$（Ti$^{4+}$）氧化态，显示出多个卫星，类似于 MnO（TiO$_{2}$），表明该系统中各类相互作用的强度相似。不同光子能量收集的价带谱表明，最高占据带主要由 Mn 3$d$ 组成，具有较宽的绝缘隧道。DFT($U$) 正确预测了实验观察到的反亚铁磁（AFM）绝缘基态，MnTiO$_3$ 中需要较大的 $U$ 才能再现实验测得的磁矩和带隙，表明电子关联的重要性。磁无序 paramagnetic（PM）相可在 DFT+DMFT 中良好捕获，该方法对实验带隙、paramagnetic 矩、价带谱以及最高占据带中主导的 Mn 3$d$ 特征提供了优异的一致性。计算得到的谱函数在磁有序 AFM 相中基本不受影响，呈现更锐利的特征。我们表明，MnTiO$_{3}$ 在 PM 和 AFM 相的电子结构均可在 DFT+DMFT 中准确描述。