扭曲磁性 Cu$_2$OSeO$_3$的微观描述

手性立方铁磁体 MnSi 和 Cu$_2$OSeO$_3$的扭曲结构既可以在唯象 Ginzburg-Landau 理论框架下描述，也可以利用引入由 Dzyaloshinskii-Moriya (DM) 相互作用所致手性的微观 Heisenberg 形式体系来描述。量子第一性原理方法的最新进展使得计算 Heisenberg 模型的原子间键参数成为可能，即各向同性交换常数 $J_{ij}$和 DM 矢量$\mathbf{D}_{ij}$，这些参数可用于模拟观测到的磁织构，并将其计算特征（如磁螺旋手性和螺距）与实验数据进行比较。本工作发现，自旋结构的未平均微观细节（局部倾斜）对全局扭曲有强烈影响，并能显著改变螺旋传播数。唯象理论的系数${\cal J}$和${\cal D}$以及螺旋传播数$k={\cal D}/2{\cal J}$是从 MnSi 和 Cu$_2$OSeO$_3$晶体以及具有近乎共线自旋的类似立方磁体的单个键的原子间参数$J_{ij}$和$\mathbf{D}_{ij}$推导而来的。