基于第一性原理的搜索方法，用于研究过渡金属硫属化合物单层材料中出现的拓扑自旋纹理

《npj Computational Materials》：First-principles-based search for emergent topological spin textures in transition-metal dichalcogenide monolayers

　　

摘要

拓扑自旋结构（如斯格明子和小双子体）具有丰富的物理功能，并为未来的自旋基技术提供了巨大潜力。然而，由于微观磁相互作用与大规模自旋结构之间的复杂相互作用，识别能够产生这些新型磁态的材料仍然具有挑战性。在这里，我们采用了一种多尺度第一性原理发现框架，识别出一类能够稳定非平凡自旋结构的二维材料。该框架整合了相对论密度泛函理论、磁力理论以及原子级自旋动力学模拟，实现了电子相互作用与新型磁结构之间的直接关联，并能够高效筛选具有较大磁晶胞和竞争性交换相互作用的系统。利用这种方法，我们系统地研究了312种单层过渡金属硫属化合物在3d、4d和5d过渡金属的1T和2H相中的行为。我们发现了一系列新型自旋结构，包括斯格明子、小双子体以及复杂的畴态，并阐明了它们由交换相互作用、Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和磁挫败效应所驱动的不同稳定机制。这些结果为拓扑自旋结构的研究提供了有前景的候选材料，并建立了一个可推广的计算框架，用于加速二维复杂磁态材料的发现过程。