5d 电子 Mott 绝缘体 Sr2IrO4 中的磁耦合、光谱与自旋轨道激子

基于包含强自旋轨道耦合、在位 Coulomb 与 Hund 相互作用以及晶体场效应的微观模型，我们研究了 Sr2IrO4 的磁学与光学性质。考虑到电子虚跃迁产生的所有可能的中间态多重态，我们计算了各向同性 Heisenberg、赝偶极与 Dzyaloshinsky-Moriya 耦合常数，这些常数能很好地描述实验。我们还通过在小团簇上采用精确对角化方法计算了光学电导率 $\sigma(\omega)$，并在约 0.5 eV 和约 1.0 eV 处获得了与实验一致的两个峰。$\sigma(\omega)$ 的双峰结构源于 $J_{\mathrm{eff}} = 1/2$ 能带的电子-空穴连续谱与最近在 Sr2IrO4 中通过共振 X 射线散射观测到的在位自旋轨道激子之间不寻常的 Fano 型重叠。