狄拉克电子介导磁体中的自旋刚度与畴壁

由传导电子介导的磁性杂质自旋相互作用是凝聚态中通往铁磁性最有趣且潜在有用的途径之一。近年来，由于出现了以狄拉克电子为介导粒子的材料，此类系统重新受到关注，突出例子是石墨烯和拓扑绝缘体表面。在本文中，我们证明此类系统可承载显著多样的行为，在许多情况下仅由系统中的电子密度控制。这些系统独一无二的特征是当费米能量位于狄拉克点时出现一种涌现的长程形式的自旋刚度，并随着磁化密度变得非常小而成为真正的长程。我们证明这通过一种微妙机制导致畴壁之间屏蔽的库仑般相互作用，其中狄拉克电子的拓扑起关键作用：拓扑所必然导致的束缚带隙态的吸引与散射相移的排斥相结合，在一系列长度尺度上产生对数相互作用。我们给出了一个特别丰富的系统——模型拓扑晶体绝缘体（111）表面——中畴壁的详细结果。该系统具有二重和六重简并基态，自旋间或为短程或为涌现长程相互作用。在后一种情况中，我们详细证明了与畴壁相关的带隙态的存在，并论证这在有限温度下稳定了一个赝能隙区。因此，这些系统的拓扑性质通过对畴壁激发的影响，导致了将其与非拓扑类似物显著区分的独特行为。