强关联诱导的 MnAu$_2$ 磁螺旋

化合物 MnAu$_2$ 是最早已知的自旋螺旋材料之一，然而其螺旋态的本质尚不明确。由于螺旋的螺距较短且 Mn 中的自旋 - 轨道相互作用较弱，无法通过相对论效应解释该螺旋；直接计算显示在相关波矢处无特征，从而排除了另一种常见机制——嵌套。我们提出，该螺旋态是由短程反铁磁交换与由 Au 能带极化诱导的长程相互作用之间的竞争所引起，类似于双交换机制。我们发现，与早期报道相反，标准密度泛函理论下的基态是铁磁性的，即后者相互作用占主导地位。然而，通过 Hubbard $U$ 考虑库仑关联后，Mn 与 Au 之间 Schrieffer-Wolff 型的 $s-d$ 磁相互作用比超交换相互作用衰减得更快，从而有利于自旋螺旋态。对于现实的 $U$ 值，所得螺旋波矢与实验结果高度吻合。