由第一性原理参数化自旋模型揭示的赤铁矿磁性质

赤铁矿是一种倾斜反铁磁绝缘体，在自旋电子学应用中颇具前景。本文中，我们给出赤铁矿张量交换相互作用的第一性原理计算，并用其通过参数化半经典 Heisenberg 自旋模型来理解其磁性质。利用原子级自旋动力学模拟，我们计算了赤铁矿的平衡性质与相变，最显著的是 Morin 转变。计算所得的各向同性与 Dzyaloshinskii–Moriya 相互作用给出的 Néel 温度与弱铁磁倾斜角同实验测量吻合良好。我们的模拟展示了偶极-偶极相互作用如何与一阶及高阶单离子各向异性精妙平衡，从而决定材料的磁相。与赤铁矿单晶上的自旋霍尔磁电阻测量比较，揭示了低温下临界行为的偏离。基于平均场模型，我们认为这些差异源于驱动相变的涨落的量子本性。