基于 Hubbard I 近似的稀土标准模型分析

在本工作中，我们使用所谓的 Hubbard I 近似批判性地考察了稀土元素的电子结构。从理论方面，已占据和未占据态的所有测量特征均被重现，观测与理论间无显著偏差。我们还考察了诸如平衡体积和体模量之类的内聚性质，总体上发现理论与测量符合良好。此外，我们重现了这些元素的自旋与轨道磁矩，正如饱和磁矩测量所反映的那样。我们还采用 Hubbard I 近似提取重稀土的有效自旋哈密顿量的原子间交换参数。我们表明，对于 Gd，Hubbard I 近似给出的结果与将 $4f$ 电子视为芯态的计算一致。后一种方法也被用于处理重/晚稀土系列。通过蒙特卡洛模拟，我们得到的序温度在约 $20\%$ 范围内重现了测量值。我们通过比较重稀土的测量与计算磁构型以及 Gd 的磁子色散，进一步说明了这些交换参数的准确性。将 Hubbard I 近似与其他电子结构理论比较，我们认为它更优。我们讨论了结果的一般相关性，以及这如何使得处理含稀土元素材料（如永磁体、磁致伸缩化合物、光伏器件、光纤、拓扑绝缘体和分子磁体）的电子结构成为可能。