Квантовые фазовые переходы и фазовая H–T диаграмма ван-флековского многоподрешеточного антиферромагнетика

Abstract

Рассмотрено магнитное упорядочение ван-флековского легкоплоскостного магнетика с большой одноионной анизотропией типа «легкая плоскость» и антиферромагнитным обменным взаимодействием между спинами, когда основным состоянием ионов с целым спином является синглет, а антиферромагнитная фаза реализуется только во внешнем магнитном поле. При этом получено, что фазовое превращение синглетной (парамагнитной) фазы в антиферромагнитную является квантовым фазовым переходом, относящимся к магнитным фазовым переходам типа смещения. Показано, что к такому превращению применима теория фазовых переходов Ландау, в которой параметром порядка служит поляризация синглетного состояния. Отмечены нестандартные проявления парапроцесса, который приводит к превращению магнитного фазового перехода типа смещения II рода в переход I рода. Построена фазовая диаграмма, которая отличается от фазовых диаграмм классических антиферромагнетиков; на ней антиферромагнитная фаза окружена только парамагнитной фазой.

Розглянуто магнітне впорядкування ван-флеківського легкоплощинного магнетика з великою одноіонною анізотропією типу «легка площина» і антиферомагнітною обмінною взаємодією між спінами, коли основним станом іонів з цілим спіном є синглет, а антиферомагнітна фаза реалізується тільки у зовнішньому магнітному полі. При цьому отримано, що фазове перетворення синглетної (парамагнітної) фази в антиферомагнітну є квантовим фазовим переходом, що відноситься до магнітних фазових переходів типу зміщення. Показано, що до такого перетворення є застосовною теорія фазових переходів Ландау, в якій параметром порядку є поляризація синглетного стану. Відмічено нестандартні прояви парапроцесу, який приводить до перетворення магнітного фазового переходу типу зміщення II роду в перехід I роду. Побудовано фазову діаграму, яка відрізняється від фазових діаграм класичних антиферомагнетиків; на ній антиферомагнітна фаза оточена тільки парамагнітною фазою.

Magnetic ordering of a Van-Vleck easy-plane magnet with a strong single-ion anisotropy and antiferromagnetic exchange interaction between integer spins, when the ground ionic state is a spin singlet and the antiferromagnetic phase exists in a magnetic field only due to polarization is considered. The corresponding phase transformation of the singlet (paramagnetic) phase to the antiferromagnetic one should be referred to as a quantum phase transition or a magnetic phase transition of displacement type. It is shown that the latter can be described in the framework of the Landau theory of phase transition where the order parameter is a polarization of the singlet state. Unusual features are noted in the paraprocess which usually smoothes the critical behavior of phase transitions but in the case of the Van-Vleck magnet under consideration results in that the quantum transition of the II kind becomes the I one. A phase diagram which fundementally differs from such diagrams of classical antiferromagnets is plotted; it shows that the antiferromagnetic phase exists only inside the paramagnetic phase.