Квантовая спиновая жидкость и антиферромагнетизм

Abstract

Развита концепция спиновой жидкости для гейзенберговского гамильтониана (спин s = 1/2) с антиферромагнитными обменными взаимодействиями между ближайшими соседями. Спиновая жидкость описана методом функций Грина в рамках теории 2-го порядка. Приведены уравнения для самосогласованного вычисления параметров системы и ее термодинамических свойств во всем температурном интервале. Предложена версия описания спиновой системы в ПК и ОЦК решетках как пространственно однородной спиновой жидкости с конденсатом и с основным синглетным состоянием. Показано, что модуль "скачущей" намагниченности однозна чно выражается через конденсат в граничной точке зоны Бриллюэна и является параметром дальнего порядка. Температурная область существования упорядоченного состояния спиновой жидкости с конденсатом (T ≤ T₀) шире области существования двухподрешеточного антиферромагнетика (T₀ > TN, где TN - температура Нееля), а энергия - ниже. При T > T₀ система переходит в состояние "обычной" спиновой жидкости.

A spin liquid concept for the Heisenberg Hamiltonian (spin s=1/2) with antiferromagnetic exchange interactions between nearest neighbors is developed. The spin liquid is described by the Green’s function method in the framework of a second-order theory. Equations are presented for the self-consistent calculation of the parameters of the system and its thermodynamic properties at all temperatures. A description of the spin system in the sc and bcc lattices is proposed wherein it is treated as a spatially homogeneous spin liquid with a condensate and with a singlet ground state. It is shown that the modulus of the “staggered” magnetization is expressed uniquely in terms of a condensate at a boundary point of the Brillouin zone and is the long-range order parameter. The existence region in temprature of the ordered state of the spin liquid with a condensate (T<T₀ ) is wider than the existence region of the two-sublattice antiferromagnetism (T₀ <T N , where T N is the Néel temperature), while the energy is lower. For T>T₀ the system passes into an ordinary spin liquid state.

Розвинуто концепцію спінової рідини для гейзенбергівського гамільтоніана (спін s = 1/2) з антиферомагнітними обмінними взаємодіями між найближчими сусідами. Спінову рідину описано за методом функцій Гріна у рамках теорії 2-го порядку. Наведено рівняння щодо самоузгодженого обчислення параметрів системи та її термодинамічних властивостей у всьому температурному інтервалі. Запропоновано версію опису спінової системи у ПК та ОЦК гратках як просторово однорідної спінової рідини з конденсатом і з основним синглетним станом. Показано, що модель «стрибкової» намагніченості однозначно виражається через конденсат у граничній точці зони Бріллюена і є параметром дальнього порядку. Температурна область існування упорядкованого стану спінової рідини з конденсатом (T ≤ T₀) ширше області існування двухпідграткового антиферомагнетика (T₀ > TN, де TN температура Неєля), а енергія нижче. При T > T₀ система переходить у стан «звичайної» спінової рідини.