Theory for Charge Density Wave and Orbital-Flux State in Antiferromagnetic Kagome Metal FeGe

凝聚态物理 反铁磁性 物理 电荷密度波 磁性 密度泛函理论 基态 密度波理论 电子 电荷密度 量子力学 超导电性
作者
Haiyang Ma,Jia‐Xin Yin,M. Zahid Hasan,Jianpeng Liu
出处
期刊:Chinese Physics Letters [IOP Publishing]
卷期号:41 (4): 047103-047103 被引量:21
标识
DOI:10.1088/0256-307x/41/4/047103
摘要

We theoretically study the charge order and orbital magnetic properties of a new type of antiferromagnetic kagome metal FeGe. Based on first-principles density functional theory calculations, we study the electronic structures, Fermi-surface quantum fluctuations, as well as phonon properties of the antiferromagnetic kagome metal FeGe. It is found that charge density wave emerges in such a system due to a subtle cooperation between electron–electron interactions and electron–phonon couplings, which gives rise to an unusual scenario of interaction-triggered phonon instabilities, and eventually yields a charge density wave (CDW) state. We further show that, in the CDW phase, the ground-state current density distribution exhibits an intriguing star-of-David pattern, leading to flux density modulation. The orbital fluxes (or current loops) in this system emerge as a result of the subtle interplay between magnetism, lattice geometries, charge order, and spin-orbit coupling (SOC), which can be described by a simple, yet universal, tight-binding theory including a Kane–Mele-type SOC term and a magnetic exchange interaction. We further study the origin of the peculiar step-edge states in FeGe, which sheds light on the topological properties and correlation effects in this new type of kagome antiferromagnetic material.

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