准晶体中磁性与反常磁性的分类

《npj Computational Materials》：Classification of magnetism and altermagnetism in quasicrystals

　　**摘要**反铁磁新磁性（Alternetmagnetism, AM）是一种非常规磁相，其特征是具有由宇时（\({\mathcal{P}}{\mathcal{T}}\)）以外的对称性保护的零净磁矩，并由此产生自旋劈裂能带。目前，反铁磁新磁性仅在晶体材料中被研究。在此，我们将反铁磁新磁性的框架扩展至准晶体（QC）。我们首先比较了正方形晶格上的奈尔态与 D₄ 对称的Thue-Morse准晶体上的奈尔态，后者通过求解半满的八面体Hubbard模型，利用无符号问题的投影量子蒙特卡洛算法获得。结果发现，尽管这两种奈尔态都属于 D₄ 点群中相同的 d 波不可约表示（IRRP），但它们属于不同的磁性类别：前者的奈尔态是由宇时（\({\mathcal{P}}{\mathcal{T}}\)）对称性与平移对称性的复合对称性所保护的普通反铁磁态（AFM），而后者奈尔态中缺乏平移对称性，从而破缺了宇时（\({\mathcal{P}}{\mathcal{T}}\)）对称性，额外的镜像或旋转对称性则保护了反铁磁新磁性。这一例子表明，反铁磁新磁性在准晶体中比在晶体中更为普遍，并且可以通过基于点群对称性的分类方法便捷地探索。因此，我们利用 D_n 的不可约表示，对二维 D_n 对称、无自旋-轨道耦合的准晶体中的共线磁相进行分类。结果表明：单位不可约表示对应铁磁态，倒反奇的一维不可约表示（对于 n 为奇数倍的情况）对应反铁磁态，而所有其余的一维不可约表示均对应由镜像或旋转对称性保护的反铁磁新磁性。我们进一步通过Hubbard模型在不同对称性的准晶体中验证了这一结果。我们的工作突出了准晶体作为反铁磁新磁性在磁相中普遍存在的天然平台的地位。