通过各向异性交换互作用的应变控制磁相变：结合 DFT 与蒙特卡罗方法的研究

等向应变为调控功能材料属性提供了强大的、非化学的方式，通过操控自旋、电荷和晶格自由度之间的耦合来实现。我们采用密度泛函理论 (DFT) 计算，并以 $\rm BiFeO_3$ 为模型系统，首先展示了等向应变如何导致各向异性磁相互作用，其中 $c$ 轴方向的交换耦合与 $ab$ 平面方向的耦合不同。我们指出，具体的结构修饰——即从立方晶格到六方晶格的变形——驱动了磁相变，从 G 型到 C 型反磁 (AF) 相。具有各向异性磁相互作用的特征在较低对称性的六方相中凸显，为结构变形与磁有序性变化之间提供了直接联系。为了更全面的研究，我们进一步研究了应变在驱动磁相变中的作用，基于一个三维半填充一带 Hubbard 模型。在该框架中，通过受 DFT 计算启发的最近邻和次近邻间的各向异性 hopping 过程来引入应变。我们采用半经典蒙特卡罗 (s-MC) 方法，在非扰动 regime 中构建基态相图，揭示了单向应变如何稳定不同的磁基态：压缩应变驱动 G 型到 C 型 AF 绝缘体相的转变，而拉伸应变抑制 C 型 AF 序，偏好 A 型 AF 相。总体而言，我们的结合 DFT 与 s-MC 计算表明，应变是控制相关系统中竞争磁相的强大调节参数，为设计应变控制材料提供了宝贵的见解。