Sr$_2$IrO$_4$中的自旋-轨道整合基态与磁各向异性

我们提出了Sr$_{2}$IrO$_{4}$中各向异性交换相互作用的微观模型。从第一性原理计算直接构造Wannier函数证明了费米能级处自旋-轨道整合态的$j_{\mathrm{eff}}$=1/2特征。一个有效的$j_{\mathrm{eff}}$-自旋哈密顿量解释了观测到的弱铁磁性以及反铁磁有序磁态的各向异性，这些性质自然源于伴随IrO$_{6}$八面体旋转的$j_{\mathrm{eff}}$=1/2态。这表明Sr$_{2}$IrO$_{4}$是一类独特的材料，其有效交换相互作用存在于自旋-轨道希尔伯特空间中。