Sr2IrO4 中自旋与轨道激发的强耦合理论

我们在局域电子图像下研究了 5d 过渡金属氧化物 Sr_2IrO_4 的低能激发。我们发现 Hund 耦合与自旋 - 轨道相互作用共同导致了交换各向异性，从而引起自旋波能隙。通过引入作用于 Ir 原子 Kramers 二重态的赝自旋算符，我们从具有正方晶格 $t_{2g}$ 轨道的多轨道 Hubbard 模型推导出了有效自旋哈密顿量。我们通过将自旋算符按玻色算符展开至 $1/S$ 的最低阶，引入了包含玻色算符反常类型的格林函数，并求解了这些函数的耦合运动方程。研究发现出现了两个能量略有不同的模式，这与各向同性 Heisenberg 模型中的自旋波形成对比。在 $\Gamma$ 点，一个模式具有零激发能，而另一个具有有限能量。它们在 M 点具有相同的激发能，但在 X 点仍具有不同的能量。