Systematic first-principles study of the on-site spin-orbit coupling in crystals
Systematic first-principles study of the on-site spin-orbit coupling in crystals
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晶体中自旋轨道耦合的系统第一性原理研究
DOI：
10.1103/physrevb.102.045109
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发表时间：
2020
影响因子：
3.7
通讯作者：
Koretsune Takashi
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kurita Kensuke;Koretsune Takashi
自旋轨道耦合（SOC）在凝聚态物理中提供了许多有趣的现象，而SOC的强度是控制这些物理性质的关键因素之一。本文采用由相应原子轨道的万尼尔函数定义的原子荷电状态，对晶体中荷电强度进行了系统的第一性原理研究。通过计算孤立原子、单原子晶体和二元化合物中的原位荷电性，我们发现孤立原子中原子荷电性的价依赖关系不能解释晶体中原位荷电性的强度。相反，研究表明，万尼尔函数的扩展很好地描述了晶体中现场SOC的材料依赖性和压力依赖性。发现对孤立原子的物质依赖比价依赖大得多。特别地，对于Bi，双轨道的现场SOC强度从1.0 eV（）变化到2.5 eV（）。
Spin-orbit coupling (SOC) provides a lot of interesting phenomena in condensed-matter physics, and the strength of the SOC is one of the key factors to control such physical properties. In this paper, we present a systematic first-principles study of the strength of SOC in crystals by using the on-site SOC, namely, the atomic SOC defined by Wannier functions of the corresponding atomic orbitals. By calculating the on-site SOC in isolated atoms, monatomic crystals, and binary compounds, we find that the valence dependence of the atomic SOC in isolated atoms cannot explain the strength of the on-site SOC in crystals. Instead, it is shown that the spread of the Wannier function well describes the material dependence and pressure dependence of the on-site SOC in crystals. The material dependence is found to be substantially larger than the valence dependence for isolated atoms. Particularly, for Bi, the strength of the on-site SOC for the Biorbitals changes from 1.0 eV () to 2.5 eV ().
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