The authors present a quantity termed charge–spin susceptibility, which measures the charge response to spin degrees of freedom in strongly correlated materials. This quantity is simple to evaluate using both standard density functional theory and many-body electronic structure techniques, enabling comparison between different levels of theory. A benchmark on 28 layered magnetic materials shows that large values of charge–spin susceptibility correlate with unconventional ground states such as disordered magnets and unconventional superconductivity.
REFERENCES
1.
D. J.
Scalapino
, Rev. Mod. Phys.
84
, 1383
(2012
).2.
C.
Proust
and L.
Taillefer
, Annu. Rev. Condens. Matter Phys.
10
, 409
(2019
).3.
A.
Fert
, N.
Reyren
, and V.
Cros
, Nat. Rev. Mater.
2
, 17031
(2017
).4.
V. K.
Anand
, D. G.
Quirinale
, Y.
Lee
, B. N.
Harmon
, Y.
Furukawa
, V. V.
Ogloblichev
, A.
Huq
, D. L.
Abernathy
, P. W.
Stephens
, R. J.
McQueeney
, A.
Kreyssig
, A. I.
Goldman
, and D. C.
Johnston
, Phys. Rev. B
90
, 064517
(2014
).5.
I.
Yamauchi
, K.
Nawa
, M.
Hiraishi
, M.
Miyazaki
, A.
Koda
, K. M.
Kojima
, R.
Kadono
, H.
Nakao
, R.
Kumai
, Y.
Murakami
, H.
Ueda
, K.
Yoshimura
, and M.
Takigawa
, Phys. Rev. B
92
, 064408
(2015
).6.
H.
Takagi
, T.
Takayama
, G.
Jackeli
, G.
Khaliullin
, and S. E.
Nagler
, Nat. Rev. Phys.
1
, 264
(2019
).7.
G.
Lawes
, T.
Kimura
, C. M.
Varma
, M. A.
Subramanian
, N.
Rogado
, R. J.
Cava
, and A. P.
Ramirez
, Prog. Solid State Chem.
37
, 40
(2009
).8.
F.
Guinea
, G.
Gómez-Santos
, and D. P.
Arovas
, Phys. Rev. B
62
, 391
(2000
).9.
G.
Jackeli
and N. M.
Plakida
, Physica B
259-261
, 723
(1999
).10.
S.
Pandey
, S.
Das
, B.
Kamble
, S.
Ghosh
, D.
Singh
, R.
Ray
, and A.
Singh
, Phys. Rev. B
77
, 134447
(2008
).11.
M.
Johnson
and J.
Byers
, Phys. Rev. B
67
, 125112
(2003
).12.
X. G.
Zheng
, C. N.
Xu
, E.
Tanaka
, Y.
Tomokiyo
, M.
Suzuki
, and E. S.
Otabe
, Physica C
357-360
, 181
(2001
).13.
S.
Lederer
, Y.
Schattner
, E.
Berg
, and S. A.
Kivelson
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
114
, 4905
(2017
).14.
H.-C.
Jiang
, Z.-Y.
Weng
, and S. A.
Kivelson
, Phys. Rev. B
98
, 140505
(2018
).15.
I.
Esterlis
, B.
Nosarzewski
, E. W.
Huang
, B.
Moritz
, T. P.
Devereaux
, D. J.
Scalapino
, and S. A.
Kivelson
, Phys. Rev. B
97
, 140501
(2018
).16.
K.
Seki
, Y.
Otsuka
, S.
Yunoki
, and S.
Sorella
, Phys. Rev. B
99
, 125145
(2019
).17.
E.
Berg
, S.
Lederer
, Y.
Schattner
, and S.
Trebst
, Annu. Rev. Condens. Matter Phys.
10
, 63
(2019
).18.
N. C.
Costa
, K.
Seki
, S.
Yunoki
, and S.
Sorella
, Commun. Phys.
3
, 80
(2020
).19.
M.
Klintenberg
and O.
Eriksson
, Comput. Mater. Sci.
67
, 282
(2013
).20.
C.-H.
Yee
and G.
Kotliar
, Phys. Rev. B
89
, 094517
(2014
).21.
A. S.
Botana
, V.
Pardo
, and M. R.
Norman
, Phys. Rev. Mater.
1
, 021801
(2017
).22.
Q.
Si
, R.
Yu
, and E.
Abrahams
, Nat. Rev. Mater.
1
, 16017
(2016
).23.
S.
Karmakar
and P. S.
Malavi
, Phys. Rev. Lett.
114
, 166402
(2015
).24.
M.
Pfisterer
and G.
Nagorsen
, “Zur struktur ternärer übergangsmetallarsenide/on the structure of ternary arsenides
,” Z. Naturforsch. B
35
, 703
(1980
).25.
M.
Cyrot
, B.
Lambert-Andron
, J. L.
Soubeyroux
, M. J.
Rey
, P.
Dehauht
, F.
Cyrot-Lackmann
, G.
Fourcaudot
, J.
Beille
, and J. L.
Tholence
, J. Solid State Chem.
85
, 321
(1990
).26.
R.
Hord
, H.
Luetkens
, G.
Pascua
, A.
Buckow
, K.
Hofmann
, Y.
Krockenberger
, J.
Kurian
, H.
Maeter
, H.-H.
Klauss
, V.
Pomjakushin
, A.
Suter
, B.
Albert
, and L.
Alff
, Phys. Rev. B
82
, 180508
(2010
).27.
K.
Jin
, N. P.
Butch
, K.
Kirshenbaum
, J.
Paglione
, and R. L.
Greene
, Nature
476
, 73
(2011
).28.
X. L.
Wang
and E.
Takayama-Muromachi
, Phys. Rev. B
72
, 064401
(2005
).29.
Y.
Shimada
, S.
Miyasaka
, R.
Kumai
, and Y.
Tokura
, Phys. Rev. B
73
, 134424
(2006
).30.
Q.
Yao
, H.
Kimura
, X. L.
Wang
, K.
Konstantinov
, H.
Zhao
, H.
Qiu
, R.
Tanahashi
, K.
Ozawa
, and S. X.
Dou
, J. Appl. Phys.
111
, 07D708
(2012
).31.
K.
Takada
, H.
Sakurai
, E.
Takayama-Muromachi
, F.
Izumi
, R. A.
Dilanian
, and T.
Sasaki
, Nature
422
, 53
(2003
).32.
R.
Mittal
, S. K.
Mishra
, S. L.
Chaplot
, S. V.
Ovsyannikov
, E.
Greenberg
, D. M.
Trots
, L.
Dubrovinsky
, Y.
Su
, T.
Brueckel
, S.
Matsuishi
, H.
Hosono
, and G.
Garbarino
, Phys. Rev. B
83
, 054503
(2011
).33.
H.
Luo
, R.
Zhang
, M.
Laver
, Z.
Yamani
, M.
Wang
, X.
Lu
, M.
Wang
, Y.
Chen
, S.
Li
, S.
Chang
, J. W.
Lynn
, and P.
Dai
, Phys. Rev. Lett.
108
, 247002
(2012
).34.
X. F.
Wang
, T.
Wu
, G.
Wu
, H.
Chen
, Y. L.
Xie
, J. J.
Ying
, Y. J.
Yan
, R. H.
Liu
, and X. H.
Chen
, Phys. Rev. Lett.
102
, 117005
(2009
).35.
S.
Kasahara
, T.
Shibauchi
, K.
Hashimoto
, K.
Ikada
, S.
Tonegawa
, R.
Okazaki
, H.
Shishido
, H.
Ikeda
, H.
Takeya
, K.
Hirata
, T.
Terashima
, and Y.
Matsuda
, Phys. Rev. B
81
, 184519
(2010
).36.
M.
Rotter
, M.
Tegel
, and D.
Johrendt
, Phys. Rev. Lett.
101
, 107006
(2008
).37.
J.-E.
Jørgensen
and T. C.
Hansen
, Eur. Phys. J. B
78
, 411
(2010
).38.
V. P. S.
Awana
, A.
Pal
, A.
Vajpayee
, B.
Gahtori
, and H.
Kishan
, Physica C
471
, 77
(2011
).39.
A.
Martinelli
, A.
Palenzona
, M.
Tropeano
, C.
Ferdeghini
, M.
Putti
, M. R.
Cimberle
, T. D.
Nguyen
, M.
Affronte
, and C.
Ritter
, Phys. Rev. B
81
, 094115
(2010
).40.
B. C.
Sales
, A. S.
Sefat
, M. A.
McGuire
, R. Y.
Jin
, D.
Mandrus
, and Y.
Mozharivskyj
, Phys. Rev. B
79
, 094521
(2009
).41.
X.
Lai
, H.
Zhang
, Y.
Wang
, X.
Wang
, X.
Zhang
, J.
Lin
, and F.
Huang
, J. Am. Chem. Soc.
137
, 10148
(2015
).42.
S.
Holenstein
, U.
Pachmayr
, Z.
Guguchia
, S.
Kamusella
, R.
Khasanov
, A.
Amato
, C.
Baines
, H.-H.
Klauss
, E.
Morenzoni
, D.
Johrendt
, and H.
Luetkens
, Phys. Rev. B
93
, 140506
(2016
).43.
J. N.
Millican
, D.
Phelan
, E. L.
Thomas
, J. B.
Leão
, and E.
Carpenter
, Solid State Commun.
149
, 707
(2009
).44.
Q.
Wang
, Y.
Shen
, B.
Pan
, X.
Zhang
, K.
Ikeuchi
, K.
Iida
, A. D.
Christianson
, H. C.
Walker
, D. T.
Adroja
, M.
Abdel-Hafiez
, X.
Chen
, D. A.
Chareev
, A. N.
Vasiliev
, and J.
Zhao
, Nat. Commun.
7
, 12182
(2016
).45.
S.
Medvedev
, T. M.
McQueen
, I. A.
Troyan
, T.
Palasyuk
, M. I.
Eremets
, R. J.
Cava
, S.
Naghavi
, F.
Casper
, V.
Ksenofontov
, G.
Wortmann
, and C.
Felser
, Nat. Mater.
8
, 630
(2009
).46.
S. E.
Dann
, M. T.
Weller
, D. B.
Currie
, M. F.
Thomas
, and A. D.
Al-Rawwas
, J. Mater. Chem.
3
, 1231
(1993
).47.
G. K.
Rozenberg
, A. P.
Milner
, M. P.
Pasternak
, G. R.
Hearne
, and R. D.
Taylor
, Phys. Rev. B
58
, 10283
(1998
).48.
C.
Rial
, E.
Morán
, M. A.
Alario-Franco
, U.
Amador
, and N. H.
Andersen
, Physica C
278
, 122
(1997
).49.
50.
A.
Lombardi
, M.
Mali
, J.
Roos
, D.
Brinkmann
, and I.
Mangelschots
, Phys. Rev. B
54
, 93
(1996
).51.
G.
Er
, Y.
Miyamoto
, F.
Kanamaru
, and S.
Kikkawa
, Physica C
181
, 206
(1991
).52.
I. A.
Zaliznyak
, H.
Woo
, T. G.
Perring
, C. L.
Broholm
, C. D.
Frost
, and H.
Takagi
, Phys. Rev. Lett.
93
, 087202
(2004
).53.
M. G.
Smith
, A.
Manthiram
, J.
Zhou
, J. B.
Goodenough
, and J. T.
Markert
, Nature
351
, 549
(1991
).54.
D.
Babel
and E.
Herdtweck
, Z. Anorg. Allg. Chem.
487
, 75
(1982
).55.
D. J.
Breed
, K.
Gilijamse
, and A. R.
Miedema
, Physica
45
, 205
(1969
).56.
G.
Samoggia
, F.
Parmigiani
, and F.
Leccabue
, Solid State Commun.
55
, 157
(1985
).57.
A.
Spijkerman
, J. L.
de Boer
, A.
Meetsma
, G. A.
Wiegers
, and S.
van Smaalen
, Phys. Rev. B
56
, 13757
(1997
).58.
M.
Kratochvilova
, A. D.
Hillier
, A. R.
Wildes
, L.
Wang
, S.-W.
Cheong
, and J.-G.
Park
, npj Quantum Mater.
2
, 42
(2017
).59.
B.
Sipos
, A. F.
Kusmartseva
, A.
Akrap
, H.
Berger
, L.
Forró
, and E.
Tutiš
, Nat. Mater.
7
, 960
(2008
).60.
T.
Baikie
, Z.
Ahmad
, M.
Srinivasan
, A.
Maignan
, S. S.
Pramana
, and T. J.
White
, J. Solid State Chem.
180
, 1538
(2007
).61.
H.
Sakurai
, J. Phys. Soc. Jpn.
83
, 123701
(2014
).62.
D. J.
Singh
, A. S.
Sefat
, M. A.
McGuire
, B. C.
Sales
, D.
Mandrus
, L. H.
VanBebber
, and V.
Keppens
, Phys. Rev. B
79
, 094429
(2009
).63.
J.
Rodriguez-Carvajal
, M. T.
Fernandez-Diaz
, and J. L.
Martinez
, J. Phys.: Condens. Matter
3
, 3215
(1991
).64.
P.
Wochner
, J. M.
Tranquada
, D. J.
Buttrey
, and V.
Sachan
, Phys. Rev. B
57
, 1066
(1998
).65.
E.
Brechtel
, G.
Cordier
, and H.
Schaefer
, “Neue ternäre erdalkaliverbindungen des arsens mit mangan/new ternary alkaline earth compounds of arsenic with manganese
,” Z. Naturforsch. B
33
, 820
(1978
).66.
J.
An
, A. S.
Sefat
, D. J.
Singh
, and M.-H.
Du
, Phys. Rev. B
79
, 075120
(2009
).67.
A.
Pandey
, R. S.
Dhaka
, J.
Lamsal
, Y.
Lee
, V. K.
Anand
, A.
Kreyssig
, T. W.
Heitmann
, R. J.
McQueeney
, A. I.
Goldman
, B. N.
Harmon
, A.
Kaminski
, and D. C.
Johnston
, Phys. Rev. Lett.
108
, 087005
(2012
).68.
R.
Brec
, G.
Ouvrard
, A.
Louisy
, and J.
Rouxel
, Ann. Chimie Sci. Matériaux
5
, 499
(1980
).69.
G. L.
Flem
, R.
Brec
, G.
Ouvard
, A.
Louisy
, and P.
Segransan
, J. Phys. Chem. Solids
43
, 455
(1982
).70.
S. J.
Skinner
and G.
Amow
, J. Solid State Chem.
180
, 1977
(2007
).71.
P.
Babkevich
, P. G.
Freeman
, M.
Enderle
, D.
Prabhakaran
, and A. T.
Boothroyd
, Nat. Commun.
7
, 11632
(2016
).72.
P.
Babkevich
, D.
Prabhakaran
, C. D.
Frost
, and A. T.
Boothroyd
, Phys. Rev. B
82
, 184425
(2010
).73.
K.
Tezuka
, M.
Inamura
, Y.
Hinatsu
, Y.
Shimojo
, and Y.
Morii
, J. Solid State Chem.
145
, 705
(1999
).74.
T.-H.
Kao
, H.
Sakurai
, T.
Kolodiazhnyi
, Y.
Suzuki
, M.
Okabe
, T.
Asaka
, K.
Fukuda
, S.
Okubo
, S.
Ikeda
, S.
Hara
, T.
Sakurai
, H.
Ohta
, and H.-D.
Yang
, J. Mater. Chem. C
3
, 3452
(2015
).75.
76.
V.
Carteaux
, D.
Brunet
, G.
Ouvrard
, and G.
Andre
, J. Phys.: Condens. Matter
7
, 69
(1995
).77.
E.
Herdtweck
and D.
Babel
, Z. Anorg. Allg. Chem.
474
, 113
(1981
).78.
I.
Yamada
, J. Phys. Soc. Jpn.
33
, 979
(1972
).79.
W.
Kleemann
, J.
Ferre
, and F. J.
Schafer
, J. Phys. C: Solid State Phys.
14
, 4463
(1981
).80.
S. K.
Yeh
, S. Y.
Wu
, C. S.
Lee
, and Y.
Wang
, Acta Crystallogr., Sect. B
49
, 806
(1993
).81.
R. J.
Birgeneau
, H. J.
Guggenheim
, and G.
Shirane
, Phys. Rev. B
1
, 2211
(1970
).82.
R.
Escamilla
, J.
Gallardo-Amores
, E.
Morán
, and M.
Alario-Franco
, J. Solid State Chem.
168
, 149
(2002
).83.
84.
J. N. B.
Rodrigues
and L. K.
Wagner
, Mater. Data Facil.
(2019
).85.
W.
Kohn
and L. J.
Sham
, Phys. Rev.
140
, A1133
(1965
).86.
P.
Giannozzi
, S.
Baroni
, N.
Bonini
, M.
Calandra
, R.
Car
, C.
Cavazzoni
, D.
Ceresoli
, G. L.
Chiarotti
, M.
Cococcioni
, I.
Dabo
, A.
Dal Corso
, S.
de Gironcoli
, S.
Fabris
, G.
Fratesi
, R.
Gebauer
, U.
Gerstmann
, C.
Gougoussis
, A.
Kokalj
, M.
Lazzeri
, L.
Martin-Samos
, N.
Marzari
, F.
Mauri
, R.
Mazzarello
, S.
Paolini
, A.
Pasquarello
, L.
Paulatto
, C.
Sbraccia
, S.
Scandolo
, G.
Sclauzero
, A. P.
Seitsonen
, A.
Smogunov
, P.
Umari
, and R. M.
Wentzcovitch
, J. Phys.: Condens. Matter
21
, 395502
(2009
).87.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
).88.
M.
Cococcioni
and S.
de Gironcoli
, Phys. Rev. B
71
, 035105
(2005
).89.
K.
Lejaeghere
, G.
Bihlmayer
, T.
Björkman
, P.
Blaha
, S.
Blügel
, V.
Blum
, D.
Caliste
, I. E.
Castelli
, S. J.
Clark
, A.
Dal Corso
, S.
de Gironcoli
, T.
Deutsch
, J. K.
Dewhurst
, I.
Di Marco
, C.
Draxl
, M.
Dułak
, O.
Eriksson
, J. A.
Flores-Livas
, K. F.
Garrity
, L.
Genovese
, P.
Giannozzi
, M.
Giantomassi
, S.
Goedecker
, X.
Gonze
, O.
Grånäs
, E. K. U.
Gross
, A.
Gulans
, F.
Gygi
, D. R.
Hamann
, P. J.
Hasnip
, N. A. W.
Holzwarth
, D.
Iuşan
, D. B.
Jochym
, F.
Jollet
, D.
Jones
, G.
Kresse
, K.
Koepernik
, E.
Küçükbenli
, Y. O.
Kvashnin
, I. L. M.
Locht
, S.
Lubeck
, M.
Marsman
, N.
Marzari
, U.
Nitzsche
, L.
Nordström
, T.
Ozaki
, L.
Paulatto
, C. J.
Pickard
, W.
Poelmans
, M. I. J.
Probert
, K.
Refson
, M.
Richter
, G.-M.
Rignanese
, S.
Saha
, M.
Scheffler
, M.
Schlipf
, K.
Schwarz
, S.
Sharma
, F.
Tavazza
, P.
Thunström
, A.
Tkatchenko
, M.
Torrent
, D.
Vanderbilt
, M. J.
van Setten
, V.
Van Speybroeck
, J. M.
Wills
, J. R.
Yates
, G.-X.
Zhang
, and S.
Cottenier
, Science
351
, aad3000
(2016
).90.
G.
Prandini
, A.
Marrazzo
, I. E.
Castelli
, N.
Mounet
, and N.
Marzari
, npj Comput. Mater.
4
, 72
(2018
).91.
H. J.
Monkhorst
and J. D.
Pack
, Phys. Rev. B
13
, 5188
(1976
).92.
M.
Hellenbrandt
, Crystallogr. Rev.
10
, 17
(2004
).93.
J. P.
Perdew
, M.
Ernzerhof
, and K.
Burke
, J. Chem. Phys.
105
, 9982
(1996
).94.
R.
Dovesi
, A.
Erba
, R.
Orlando
, C. M.
Zicovich-Wilson
, B.
Civalleri
, L.
Maschio
, M.
Rérat
, S.
Casassa
, J.
Baima
, S.
Salustro
, and B.
Kirtman
, Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci.
8
, e1360
(2018
).95.
W. M. C.
Foulkes
, L.
Mitas
, R. J.
Needs
, and G.
Rajagopal
, Rev. Mod. Phys.
73
, 33
(2001
).96.
L. K.
Wagner
, M.
Bajdich
, and L.
Mitas
, J. Comput. Phys.
228
, 3390
(2009
).97.
J. c. v.
Kolorenč
, S.
Hu
, and L.
Mitas
, Phys. Rev. B
82
, 115108
(2010
).98.
H.
Zheng
and L. K.
Wagner
, Phys. Rev. Lett.
114
, 176401
(2015
).99.
B.
Busemeyer
, M.
Dagrada
, S.
Sorella
, M.
Casula
, and L. K.
Wagner
, Phys. Rev. B
94
, 035108
(2016
).100.
M.
Burkatzki
, C.
Filippi
, and M.
Dolg
, J. Chem. Phys.
126
, 234105
(2007
).101.
M.
Burkatzki
, C.
Filippi
, and M.
Dolg
, J. Chem. Phys.
129
, 164115
(2008
).102.
L. K.
Wagner
, Phys. Rev. B
92
, 161116
(2015
).103.
T.
Omata
, K.
Ueda
, H.
Hosono
, M.
Katada
, N.
Ueda
, and H.
Kawazoe
, Phys. Rev. B
49
, 10194
(1994
).104.
A. J.
Jennings
, C. K. M.
Shaw
, and S. J.
Skinner
, Mater. Chem. Phys.
89
, 354
(2005
).105.
Q.
Zhao
, M. D.
Smith
, and H.-C.
zur Loye
, J. Chem. Crystallogr.
41
, 674
(2011
).106.
J.
Matsuno
, Y.
Okimoto
, M.
Kawasaki
, and Y.
Tokura
, Appl. Phys. Lett.
82
, 194
(2003
).107.
F.
Deslandes
, A. I.
Nazzal
, and J. B.
Torrance
, Physica C
179
, 85
(1991
).108.
C.
Ganguli
, K.
Matsubayashi
, K.
Ohgushi
, Y.
Uwatoko
, M.
Kanagaraj
, and S.
Arumugam
, Mater. Res. Bull.
48
, 4329
(2013
).109.
D. J.
Breed
, K.
Gilijamse
, J. W. E.
Sterkenburg
, and A. R.
Miedema
, J. Appl. Phys.
41
, 1267
(1970
).110.
K. T.
Law
and P. A.
Lee
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
114
, 6996
(2017
).111.
B.
Blaiszik
, K.
Chard
, J.
Pruyne
, R.
Ananthakrishnan
, S.
Tuecke
, and I.
Foster
, JOM
68
, 2045
(2016
).112.
B.
Blaiszik
, L.
Ward
, M.
Schwarting
, J.
Gaff
, R.
Chard
, D.
Pike
, K.
Chard
, and I.
Foster
, MRS Commun.
9
, 1125
(2019
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.
