元素镨磁性质的定量理论
强关联电子
2025-11-07 v1 材料科学
摘要
元素 Pr 金属结晶为双六方密堆积（dhcp）结构，在稀土元素中独一无二，其特征是具有局域化的部分填充 4f 壳层而无有序磁性。实验证据表明，这种磁性的缺失归因于 Pr 4f 构型的单态晶体场（CF）基态，该基态在能量上与激发磁双重态良好隔离。在此，我们通过结合密度泛函理论与动力学平均场理论，在准原子 Hubbard-I 近似下，构建了 dhcp Pr 的实际有效磁哈密顿量。我们的计算完全确定了 CF 势，并预测了 dhcp 晶格中两个不等价位点上的单态 CF 基态。从磁力定理获得的晶格间交换相互作用被发现不足以关闭 CF 隙至磁双重态。因此，第一性原理理论被证明可以解释元素 Pr 的异常非磁性状态。将此分析扩展到 Pr 的 (0001) 表面，我们发现单态基态仍然稳健，阻止了常规磁序。然而，基态与最低激发单态之间的能隙在表面显著减小，为这一双单态流形中涌现奇异的二维多极序打开了可能性。
引用
@article{arxiv.2506.09585,
title = {Quantitative theory of magnetic properties of elemental praseodymium},
author = {Leonid V. Pourovskii and Alena Vishina and Olle Eriksson and Mikhail I. Katsnelson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.09585},
year = {2025}
}
备注
10 pages, 5 figures + 3 pages of supplementary