[논문 리뷰] Antiferromagnetic magnons and local anisotropy: dynamical mean-field study

A. Niyazi, D. Geffroy외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 05. 26.

Physics of Superconductivity and Magnetism참고 문헌 65인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 정사각형 및 bcc 입방 격자에서의 다오비탈 허버드 모형에서 강한자화된 자성 모드를 연구하기 위해 정확한 두 입자 상관 함수를 갖춘 동역학적 평균장 이론(DMFT)을 사용한다. 조건부 대칭성의 작은 변화—예를 들어 외부 자장 또는 단일 이온 이방성—이 조차도 모드 분산에 상당한 영향을 미치며, 결과는 스핀파 이론과 대칭 원리와 일치하여 DMFT가 상호작용 전자계에서 집단 자성 진동을 포괄적으로 기술할 수 있음을 검증한다.

ABSTRACT

We present a dynamical mean-field study of antiferromagnetic magnons in one-, two- and three-orbital Hubbard model of square and bcc cubic lattice at intermediate coupling strength. Weinvestigate the effect of anisotropy introduced by an external magnetic field or single-ion anisotropy.For the latter we tune continuously between the easy-axis and easy-plane models. We also analyzea model with spin-orbit coupling in cubic site-symmetry setting. The ordered states as well as themagnetic excitations are sensitive to even a small breaking ofSU(2)symmetry of the model andfollow the expectations of spin-wave theory as well as general symmetry considerations.

연구 동기 및 목표

• 다오비탈 상호작용계에서 국소적 이방성이 반자성 모드 분산에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 순서가 붙은 자성 상태와 그 진동 모드가 작은 SU(2) 대칭성 파괴에 얼마나 민감한지 평가하기 위해.
• 실제 다오비탈 모형에서 집단 모드를 연구하기 위해 두 입자 상관 함수를 사용한 DMFT의 적용 가능성을 검증하기 위해.
• 2차원 및 3차원 격자에서 쉽게 축 방향과 쉽게 평면 이방성 사이의 연속적인 조정을 탐색하기 위해.
• 입자-자기 스핀 결합이 입자 대칭성이 입자에 의해 결정되는 입방 격자에서 자성 진동 스펙트럼에 미치는 영향을 조사하기 위해.

제안 방법

• 격자 허버드 모형을 자기 일관성 있는 혼합 함수를 갖는 이물질 문제로 맵핑하기 위해 동역학적 평균장 이론(DMFT)을 사용한다.
• 최대 엔트로피 방법을 사용하여 마츠부라 주파수 상관 함수의 해석적 계속을 통해 동적 스핀 수용도 χαα(q, ω)를 계산한다.
• 국소적 2PC-기울기 없는 정점과 격자 빕을 갖는 두 입자 상관 함수(2PCFs)에 대한 베티-살파르 방정식(Bethe-Salpeter equation, BSE)을 해결한다.
• 다오비탈 체계에서 고차원 2PCFs를 효율적으로 처리하기 위해 페르미온 인덱스에 레전드르 기저 표현을 사용한다.
• 단일 이온 이방성을 쉽게 축에서 쉽게 평면으로 연속적으로 조절하고, 대칭성 파괴 효과를 탐색하기 위해 외부 제이먼 필드를 적용한다.
• 정확한 1PCF 계산을 위해 CT-QMC를 사용하고, 수치적 구현을 위해 ALPS 라이브러리를 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외부 자장이나 단일 이온 이방성과 같은 작은 대칭성 파괴 항목이 다오비탈 반자성체에서 모드 분산에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 DMFT를 통한 2PCF 계산이 모드 스펙트럼에 대해 스핀파 이론의 예측을 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ3 쉽게 축과 쉽게 평면 이방성 사이의 전이가 모드의 갭 구조와 분산에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 입자-자기 스핀 결합이 입자 대칭성이 입자에 의해 결정되는 입방 격자에서 자성 진동 스펙트럼에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 이방성 매개변수의 연속적인 조정에 따라 질서가 붙은 자성 상과 그 집단 모드는 얼마나 견고한가?

주요 결과

• 작은 SU(2) 스핀 대칭성 파괴가 스핀파 이론 예측과 일치하는 바람직한 변화를 모드 분산에 유도한다.
• 쉽게 평면 이방성 한계에서는 모드 스펙트럼에 갭이 존재하고, 쉽게 축 이방성 한계에서는 부드러운 모드가 나타나, 기대되는 대칭성 파괴 행동을 반영한다.
• DMFT를 통해 계산된 동적 스핀 수용도는 골드스톤 정리에 부합하여 대칭성이 깨진 상에서 무간격 모드의 존재를 확인한다.
• 2PCF 접근법은 이방성에 의해 유도된 모드 분지의 분리와 쉽게 축에서 쉽게 평면으로의 전이에 따른 분산의 진화를 성공적으로 포착한다.
• 스핀-오비트 결합은 추가적인 분리를 유도하고, 특히 입자 대칭성이 입자에 의해 결정되는 3오비탈 모형에서 모드 분산을 수정한다.
• 이 방법은 3개 이상의 오비탈과 세포당 다수의 원자를 포함하는 실질적인 다오비탈 모형에서 2PCFs를 계산하는 데 있어 수치적 타당성과 정확성을 보여준다.