能带绝缘体中的轨道磁电耦合

磁电响应是破坏时间反演和反演对称性的材料（特别是多铁性材料）以及值得注意的是，那些对称性未被破坏的“拓扑绝缘体”的一个基本特征。先前的工作已经展示了如何计算自旋和晶格对磁电张量的贡献。在这里，我们通过计算由磁场诱导的冻结晶格电子极化，解决了轨道贡献的问题。这种响应的一部分（“陈-西蒙斯项”）甚至可以出现在时间反演对称的材料中，并且先前已被证明在拓扑绝缘体中是量子化的。在一般材料中，磁电张量的所有部分都存在额外的轨道贡献；这些贡献在拓扑绝缘体中由于对称性而消失，并且在先前研究过磁电耦合的几个没有时间反演和反演对称性的简化模型中也消失了。我们给出了响应公式的两种推导，一种基于均匀磁场，另一种基于长波磁场的推广，并讨论了该公式的一些推论。