In this short review, we will introduce Kitaev magnetism in two- or three-dimensional magnetic materials based on an electronic structure and materials physics perspective. Specifically, the focus will be on the significance of spin-orbit coupling and anisotropic magnetic exchange interactions in devising the Kitaev exchange interaction. First, the quantum mechanical aspects of magnetism on the lattice geometry will be addressed, then, the effects of spin-orbit coupling and the resulting Jackeli-Khaliullin mechanism will be discussed. An introduction to Kitaev's exactly solvable model and its solution will be discussed later. Finally, we will review currently studied Kitaev candidates, the history of researches and various trials to realize Kitaev magnetism and measure the predicted Majorana mode.

Keywords: Kitaev magnetism, Spin-orbit coupling, Magnetic frustration, Spin liquid

본 리뷰에서는 2차원 및 3차원 자성체에서 나타나는 키타에프 (Kitaev) 자성에 대한 제일원리 전자구조계산 및 물성물리적 관점에서의 간략한 소개를 하고자 한다. 특별히 본 논문에서는 키타에프 자성을 실현하기 위한 결정상 물리계에서의 스핀-오비탈 결합의 중요성 및 이를 통해 발생하는 비등방적인 자성 상호작용에 대한 소개를 중점적으로 다룰 예정이다. 우선 결정구조 위에서의 양자역학적 효과에 의한 자성의 발생, 스핀-오비탈 (Orbital) 결합 및 Jackeli-Khaliullin 메커니즘에 대한 소개를 마친 뒤, 키타에프 자성 모델 및 이의 정확한 풀이 방법과 그 해에 대한 간략한 소개를 할 것이다. 그리고 2009년 이후로 제안되어 온 해당 자성을 가질 수 있는 후보 물질들 및 실물질에서의 키타에프 자성 연구 및 실험적으로 키타에프 자성에 의해 발생하는 스핀 액상 및 마요라나 (Majorana) 페르미온 (Fermion)을 관찰하기 위한 시도들에 대한 역사를 소개한다. 마지막으로 키타에프 자성을 구현하기 위한 방법들을 제일원리 전자구조계산 방법론의 관점 하에서 소개하는 한 편 이에 대한 최신의 이론 및 실험 연구들을 소개하며 본 리뷰를 마무리하고자 한다.

Keywords: 키타에프 자성, 스핀-오비탈 결합, 자성 쩔쩔맴, 스핀 액상