論文の概要: Sixteen-State Energy Mapping for First-Principles Four-Spin Ring Exchange: Validation on $La_2CuO_4$ and $SrFeO_2$

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.18986v2
• Date: Wed, 22 Jul 2026 12:07:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-23 16:42:31.691528
• Title: Sixteen-State Energy Mapping for First-Principles Four-Spin Ring Exchange: Validation on $La_2CuO_4$ and $SrFeO_2$
• Title（参考訳）: 第一原理4スピンリング交換器の16状態エネルギーマッピング:$La_2CuO_4$と$SrFeO_2$の検証
• Authors: Xavier Rocquefelte, Peter Blaha,
• Abstract要約: 4スピン環(環状)交換$J_ring$は、銅酸化物やその他の正方形格子磁石のハイゼンベルクスピンハミルトニアンの重要な成分である。 我々はその方法を16州(24ドル)のスキームに一般化して供給する。 バンドギャップとローカルモーメント診断を含む完全なワークフローは、公開されているMag4パッケージで実装されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Four-spin ring (cyclic) exchange $J_{ring}$ is an essential ingredient of the Heisenberg spin Hamiltonian of cuprates and other square-lattice magnets, yet it has lacked the kind of direct, local first-principles extraction that the four-state method provides for bilinear exchange, $J$. We supply it by generalizing that method to a sixteen-state ($2^4$) scheme. Symmetry reduces the sixteen configurations to six or eight inequivalent energies, so the cost is modest. The derivation also shows that the conventional four-state magnetic coupling, $J$, is itself ring-renormalized, by $\pm 2 J_{ring} S^2$ with the sign set by the reference state. T-La$_2$CuO$_4$ confirms this quantitatively: three independent routes agree on $J_{ring}$ to $0.2\%$, giving $J_{ring}/J_1 = 0.25$, and a four-state $J_1$ quoted without naming its reference is wrong by $12\%$ in this material. The direct sixteen-state extraction itself proves reference-dependent, the Néel and ferromagnetic baths bracketing the mapping value: a fourth-order fingerprint of interactions beyond the pair-plus-ring model, which additional reference baths resolve into a bare $J_{ring}$ and a converging tower of six- and eight-spin loop couplings. SrFeO$_2$ ($S = 2$), with the same plaquette yet $J_{ring}/J = 0.006$, provides the negative control: a plaquette is necessary for ring exchange, far from sufficient. The complete workflow, including the band-gap and local-moment diagnostics that certify any such extraction, is implemented in the openly available Mag4 package, so that $J_{ring}$ costs no more effort to obtain than $J$.
• Abstract（参考訳）: 4スピンリング(環状)交換$J_{ring}$は、カップレートやその他の2乗格子磁石のハイゼンベルクスピンハミルトニアンの重要な成分であるが、四状態法が双線型交換のために提供する直接的に局所的な第一原理抽出の種類に欠けていた。 この手法を16状態(2^4$)のスキームに一般化して提供する。 対称性は16の配置を6または8の等価なエネルギーに還元するので、コストは控えめである。 この導出は、従来の4状態磁気結合である$J$が、基準状態によって設定された符号を持つ$\pm 2 J_{ring} S^2$によって、それ自体が環再正規化されていることも示している。 3つの独立したルートが$J_{ring}/J_1 = 0.25$ と$J_{ring}/J_1 = 0.25$ に一致する。 直接16状態抽出自体が参照依存性を証明し、Néel と ferromagnetic baths はマッピング値をブラッキングする:ペアプラスリングモデルを超えた相互作用の4階の指紋で、追加の参照浴は素の$J_{ring}$と6スピンと8スピンのループカップリングからなる収束塔に分解される。 SrFeO$_2$$(S = 2$)同じ小冊子を持つが、$J_{ring}/J = 0.006$は負の制御を与える。 このような抽出を認証するバンドギャップやローカルモーメント診断を含む完全なワークフローは、公開されているMag4パッケージで実装されているため、$J_{ring}$は$J$以上の労力を要しない。

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