Квадрупольные фазы и фазовые переходы в одноосных магнетиках с тензорными взаимодействиями

Abstract

Исследованы одноосные магнетики с единичным спином при наличии одноионной анизотропии и анизотропного биквадратичного обменного взаимодействия в отсутствие магнитного поля. Изучены возможные типы квадрупольного упорядочения в системе при условии, что анизотропия биквадратичного обменного взаимодействия имеет наиболее общий для аксиальной симметрии вид. Кроме двух фаз с неподвижными плоскостями квадрупольного упорядочения (фазы КУZ и КУX), в системе может реализовываться фаза, в которой при изменении параметров гамильтониана ориентация плоскости квадрупольного упорядочения непрерывно изменяется (фаза КУ<). Для фазы КУX найдены две ветви спектра спиновых возбуждений, одна из которых содержит голдстоуновскую моду. Определены границы фазы КУ< с двумя другими квадрупольными фазами при конечных температурах. При этом выражение для границы фаз КУZ и КУ< получено в аналитическом виде.

Досліджено одноосьові магнетики з одиничним спіном за наявності одноіонної анізотропії та ані-зотропної біквадратичної обмінної взаємодії у відсутності магнітного поля. Вивчено можливі типи квадрупольного упорядкування в системі за умови, що анізотропія біквадратичної обмінної взаємодії має найбільш загальний для аксіальної симетрії вигляд. Крім двох фаз з нерухомими площинами квадрупольного упорядкування (фази КУZ та КУX), в системі може реалізовуватися фаза, в якій зі зміною параметрів гамільтоніана орієнтація площини квадрупольного упорядкування безперервно змінюється (фаза КУ<). Для фази КУX знайдено дві вітки спектра спінових збуджень, одна з яких містить голдстоунівську моду. Визначено границі фази КУ< з двома іншими квадрупольними фазами за скінченних температур. При цьому вираз для границі фаз КУZ та КУ< одержано в аналітичному вигляді.

Uniaxial magnets with unity spin, single-ion aniso-tropy and anisotropic biquadratic exchange interaction in the absence of a magnetic field are investigated. Feasible types of quadrupole ordering in the system are discussed for the case where the anisotropy of bi-quadratic exchange interaction has the most general form compatible with the axial symmetry. Besides two phases with the stationary planes of quadrupole order-ing (QOZ and QOX phases), there may appear a phase (QO< phase) in which the orientation of the plane of quadrupolar order changes continuously as the Hamil-tonian parameters are varied. For the QOX phase two branches of spin excitations are found, one including the Goldstone mode. The QO< phase boundary with the other two quadrupolar phases at finite temperatures are determined, the expression for the QO<–QOZ phases boundary being derived analytically.