La$_5$Co$_2$Ge$_3$ 中的空间调制轨道选择性铁磁性

我们给出了低温金属铁磁体 La$_5$Co$_2$Ge$_3$ 在常压与外加压力下的密度泛函理论计算。我们的研究表明，该系统是一种准一维铁磁体，在两个晶体学不等价钴原子 Co1 与 Co2 处奇特地共存有两种不同的轨道选择性磁矩。即由于不同的晶体场劈裂，Co1 原子的磁矩主要源自 $d_{xz}$ 轨道，而 Co2 原子的磁矩主要源自 $d_{xy}$ 轨道。因此，Co1 与 Co2 原子产生不相等的净磁矩，这一特征导致了沿晶体学 $c$ 方向磁化的周期性空间调制。该空间调制的振幅在常压下很小，随外加压力急剧增大，直至 Co2 原子变为非磁性。借助一个模拟所发现轨道选择性铁磁序的玩具模型，我们证明空间调制振幅的增大为最近观测到的、在外加压力下出现并被认定为「新态」出现的电阻异常提供了一致解释。尽管本文提出的 La$_5$Co$_2$Ge$_3$ 中磁矩空间调制的结构起源是该材料铁磁量子临界性规避观点的一种替代解释，量子涨落效应在高于迄今已测量的 5GPa 压力下仍可能起重要作用。