磁相变理论的完善和发展一直都是凝聚态物理领域的重要难题。现常用描述磁相变的物理模型主要基于局域图像的海森堡模型以及基于巡游图像的斯通纳模型。然而在强关联电子体系中,由于磁性原子的电子同时具有局域性与巡游性的双重特征,其表现行为难以用传统的单一物理图像准确描述。
在此研究中,作者通过对高铁磁居里转变温度的自旋电子学器件候选材料二维范德瓦尔斯Fe3GeTe2进行了系统的磁性与电子结构计算研究。通过第一性原理密度泛函理论(DFT)与动力学平均场理论(DMFT),该研究团队提出了新的超越单一传统海森堡模型以及斯通纳模型的新机制。该团队提出,强关联磁性转变的正确物理图像应该同时具有局域与巡游电子的双重特性。在磁相变时,一方面电子结构的高能部分表现出,由于Hubbard作用导致的谱权重的转移,这与传统斯通纳模型的电子结构平移图像非常不同;另一方面,在低能部分会同时形成符合朗道费米液体理论的准粒子平带。该研究团队提出,磁性长程序的形成会同时减低磁涨落的散色,有利于促进准粒子平带的形成。并且该过程在磁性相变中是一个正反馈的过程,有利于磁性的快速形成。
此外,该研究团队提出了一种在d族化合物中重电子现象形成的新机制,该机制包含了强关联体系中,Mott物理,Hund物理以及Kondo物理之间的协作与竞争。该机制合理给出了有别于在稀土化合物重费米子体系中磁性往往与重电子现象互斥的物理图像。即磁性通过正反馈过程加速准粒子平带的形成,进而这些准粒子平带在低温下进一步与色散较大的导带进行杂化,形成质量更加大的重电子。该团队的研究结果在磁相变方面澄清了之前APRES测量磁性转变电子结构的疑惑,也提出了磁性能够促进重电子形成的重电子新机制。
巡游铁磁体电子结构演化示意图