SU($N$)自旋波理论：在自旋-轨道莫特绝缘体中的应用

我们给出SU($N$) ($N>2$)自旋波理论对基态呈现磁序的自旋-轨道莫特绝缘体的应用。当同时考虑自旋与轨道自由度而非投影到Kramers双重态时，由于不可避免的自旋-轨道多极交换相互作用，最低的轨道-自旋锁定能级使得SU($N$)自旋波理论应取代SU($2$)理论。为实现该应用，我们引入一种高效的一般局域平均场方法，将全部局域涨落纳入SU($N$)线性自旋波理论。我们的方法首先通过计算SU($4$)反铁磁模型的多极自旋波谱得到验证，随后应用于自旋-轨道莫特绝缘体。研究表明，当自旋-轨道耦合不够大时，洪德耦合会影响等自旋-1/2表示的适用性。此外，我们还基于第一性原理计算对两种具体材料$\alpha$-RuCl$_3$和Sr$_2$IrO$_4$计算了自旋波谱。SU($N$)自旋波理论在定性上恰当地刻画了低能磁振子与自旋-轨道激发。