We present an ab initio derivation method for effective low-energy Hamiltonians of material with strong spin-orbit interactions. The effective Hamiltonian is described in terms of the Wannier function in the spinor form, and effective interactions are derived with the constrained random phase approximation (cRPA) method. Based on this formalism and the developed code, we derive an effective Hamiltonian of a strong spin-orbit interaction material Ca5Ir3O12. This system consists of three edge-shared IrO6 octahedral chains arranged along the c axis, and the three Ir atoms in the ab plane compose a triangular lattice. For such a complicated structure, we need to set up the Wannier spinor function under the local coordinate system. We found that a density-functional band structure near the Fermi level is formed by local dxy and dyz orbitals. Then, we constructed the ab initio dxy/dyz model. The estimated nearest neighbor transfer t is close to 0.2 eV, and the cRPA onsite U and neighboring V electronic interactions are found to be 2.4-2.5 eV and 1 eV, respectively. The resulting characteristic correlation strength defined by (U-V)/t is above 7, and thus this material is classified as a strongly correlated electron system. The onsite transfer integral involved in the spin-orbit interaction is 0.2 eV, which is comparable to the onsite exchange integrals near 0.2 eV, indicating that the spin-orbit-interaction physics would compete with the Hund physics. Based on these calculated results, we discuss possible rich ground-state low-energy electronic structures of spin, charge and orbitals with competing Hund, spin-orbit and strong correlation physics.
Ab initio Derivation of Low-Energy Model for Alkali-Cluster-Loaded Sodalites
利用{ \em ab initio}向下折叠的方法，导出了一个描述碱金属团簇负载的方钠石磁性的有效低能模型。首先，我们构造了一个扩展的哈伯德模型的最大局部化Wannier函数。用约束无规相近似计算了{ \em Ab initio}屏蔽库仑相互作用和交换相互作用。我们发现该系统处于强耦合区，因此海森伯模型是扩展的哈伯德模型的低能模型。我们得到反铁磁耦合$\sim$ $O$（10 K），与实验的自旋磁化率的温度依赖性是一致的。讨论了在推导推广的哈伯德模型时考虑屏蔽效应的重要性。
Ab initio determination of spin Hamiltonians with anisotropic exchange interactions: the case of the pyrochlore ferromagnet Lu$_2$V$_2$O$_7$
我们提出了一个通用的框架，推导有效的自旋哈密顿关联磁系统的基础上的相对论从头计算密度泛函理论计算（DFT）的组合，精确对角化的广义Hubbard哈密顿有限集团和自旋投影到低能子空间。一个关键的动机是确定感兴趣的材料中的各向异性双线性交换耦合。作为一个例子，我们将这种方法应用到烧绿石Lu $_2$ V $_2$ O $_7$，其中钒离子形成角共享自旋1/2四面体的晶格。在该化合物中，各向异性的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用）在诱导磁振子霍尔效应中起重要作用。我们得到的最近邻海森堡交换，的的，和对称的各向异性交换张量的一部分的定量估计。最后，我们比较了Lu $_2$ V $_2$ O $_7$化合物的实验结果。
Derivation of Static Low-Energy Effective Models by ab initio Downfolding Method without Double Counting of Coulomb Correlations: Application to SrVO3, FeSe and FeTe
Maximally localized Wannier functions in LaMnO3 within PBE+U, hybrid functionals, and partially self-consistent GW: an efficient route to construct ab-initio tight-binding parameters for e_g perovskites
Data analysis of $ab$ $initio$ effective Hamiltonians in iron-based superconductors $\unicode{x2014}$ Construction of predictors for superconducting critical temperature
Ground state properties of $\mathrm{Na_2IrO_3}$ determined from $\textit{ab initio}$ Hamiltonian and its extensions containing Kitaev and extended Heisenberg interactions
我们研究了$\mathrm{Na_2IrO_3}$的基态性质，并基于最近提出的{ \it ab initio}哈密顿量的Kitaev和扩展的Heisenberg相互作用的数值计算。为了克服在先前的研究中采用的精确对角化研究中由小的易处理的系统尺寸造成的限制（Yamaji $\textit{et al.}$，Phys. Rev. Lett. $\textbf{113}$，107201（2014）），我们应用二维密度矩阵重归一化群和无限大小张量网络方法。通过计算在更大的系统规模，我们严格测试的准确对角化结果的有效性。计算结果表明，$\mathrm{Na_2IrO_3}$的基态是一个Z字形结构的磁有序态，与实验观测和以前的对角化研究结果一致.除了精确对角化的研究，这两个独立的方法的应用进一步揭示了一致的和丰富的相图附近的锯齿相超出了精确对角化的可访问性。例如，在远离由三角畸变控制的$\mathrm{Na_2IrO_3}$的$\textit{ab initio}$值的参数空间中，我们发现三个相：（i）有序相，其磁矩在每三个六边形上以$120$度取向相互对准，（ii）磁有序相，其具有$16$ -位点单位晶胞，以及（iii）有序相，其磁矩具有推测的不相称的周期性。这表明，潜在的丰富的磁性结构可能会出现在$A_\mathrm{2}\mathrm{IrO_3}$化合物的$A$以外的钠。本研究结果也…
Ab initio spin Hamiltonians and magnetism of Ce and Yb triangular-lattice compounds
École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；Collège de France, Université PSL（法兰西公学院，巴黎文理研究大学）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
Optical Absorption Study by Ab initio Downfolding Approach: Application to GaAs
我们检查是否本质和定量方面的电子激发光谱被正确捕获的一个有效的低能量模型从{ \em从头算}向下折叠计划。首先采用广义梯度近似下的密度泛函计算方法{ \em ab initio}计算了整体电子结构。利用约束密度泛函理论，在最大定域Wannier函数的基础上，通过下折过程构造了费米能级附近能带的低能有效哈密顿量.利用低能求解器计算了扩展哈伯德模型的低能有效哈密顿量的激发态。作为求解器，我们采用Hartree-Fock近似补充考虑电子-空穴相互作用的单激发组态相互作用方法。目前的三阶段方法适用于GaAs，其中八个频带被保留在有效模型后的下折。所得光谱很好地再现了实验结果，表明我们的下折方案提供了一个令人满意的框架的电子结构计算，特别是对于激发和动力学以及基态。
