KVANTOVYY SU(Z)-FERRIMAGNETIK NA TREUGOL'NOY REShETKE V MAGNITNOM POLE

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Построены фазовые диаграммы (магнитное поле H-одноионная анизотропия D) для трехподрешеточного SU(3)-ферримагнетика на треугольной решетке с разными спинами подрешеток (S = 1, 1/2, 1/2) при различных значениях параметров обмена I (между спинами S = 1 и S = 1/2) и J (между спинами S = 1/2). Для корректного учета алгебры генераторов группы SU(3), включающей квадрупольные операторы, использовалось представление операторов Хаббарда. Показано, что в зависимости от значений параметров системы могут быть реализованы ферримагнитные Y или перевернутая Y ( ¯ Y)-фазы, скошенная V-фаза (спины S = 1/2 параллельны), веерная W-фаза, а также коллинеарные ферримагнитная и ферромагнитная фазы. В случае I < Jна фазовой диаграмме возникает линия, на которой SU(3)-ферримагнетик распадается на две независимые подсистемы, одна из которых парамагнитная со спинами S = 1, а вторая антиферромагнитная со спинами S = 1/2 в нулевом эффективном магнитном поле. В спин-волновом приближении рассчитаны зависимости средних значений квадрупольного момента и дипольных моментов трех подрешеток от магнитного поля и параметра одноионной анизотропии. Проанализирован спектр спин-волновых возбуждений как при I > J, так и при I < J. Показано, что при I = J в SU(3)-ферримагнетике возникает случайное вырождение, которое может быть снято при учете квантовых флуктуаций.

About the authors

A. S Martynov

Институт физики им. Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

Красноярск, Россия

D. M Dzebisashvili

Институт физики им. Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

Email: ddm@iph.krasn.ru
Красноярск, Россия

References

  1. B. Barbara, Y. Imry, G. Sawatzky, and P. C. E. Stamp, Quantum Magnetism, NATO Science for Peace and Security, Series B: Physics and Biophysics, Springer (2008).
  2. Introduction to Frustrated Magnetism, Springer Series in Solid-State Sciences, ed. by C. Lacroix, P. Mendels, and F. Mila, Springer (2011).
  3. A. Auerbach, Interacting Electrons and Quantum Magnetism, Springer-Verlag, New York, Inc. (1994).
  4. В. В. Вальков, С. Г. Овчинников, Операторы Хаббарда и спин-волновая теория гейзенберговских магнетиков с произвольным спином, ТМФ 50, 466 (1982).
  5. H. H. Chen and P. M. Levy, Quadrupole Phase Transitions in Magnetic Solids, Phys. Rev. Lett. 27, 1383 (1971).
  6. V. M. Matveev, Quantum Quadrupolar Magnetism and Phase Transitions in the Presence of Biquadratic Exchange, JETP 38, 813 (1973).
  7. M. P. Kashchenko, N. F. Balakhonov, and L. V. Kurbatov, Spin Waves in an Heisenberg Ferromagnetic Substance with Single-Ion Anisotropy, JETP 37, 201 (1973).
  8. V. M. Loktev and V. S. Ostrovskii, Quantum Theory of Uniaxial Ferromagnetic in Transverse Magnetic Field, Ukr. J. Phys. 23, 1717 (1978).
  9. F. P. Onufrieva, Exact Solution of the One-Ion Problem for a Magnet with One-Ion Anisotropy in a Field of Arbitrary Direction, JETP 53, 1241 (1981).
  10. A.F. Andreev and I. A. Grishchuk, Spin Nematics, JETP 60, 267 (1984).
  11. F.P.Onufrieva,Low-Temperature Properties of Spin Systems with h Tensor Order Parameters, JETP 62, 1311 (1985).
  12. N. Papanicolaou, Unusual Phases in Quantum Spin-1 Systems. Nucl. Phys. B 305, 367 (1988).
  13. A. V. Chubukov, Fluctuations in Spin Nematics, J. Phys.: Condens. Matter 2, 1593 (1990).
  14. V. V. Val’kov and T. A. Val’kova, Application of an Indefinite Metric to Go Over to a Bose Description of Su(3) Hamiltonians: The Excitation Spectrum of Spin Nematics, JETP 72, 1053 (1991).
  15. Yu. A. Fridman, O. A. Kosmachev, and Ph. N. Klevets, Spin Nematic and Orthogonal Nematic States in S=1 Non-Heisenberg Magnet, J. Magn. Magn. Mat. 325, 125 (2013).
  16. А. И. Смирнов, Магнитный резонанс спинонов в квантовых магнетиках, УФН 186, 633 (2016)
  17. O. A. Kosmachev, Ya. Yu. Matyunina, and Yu. A. Fridman, Dynamic and Static Properties of a Non-Heisenberg Ferrimagnet with Single-Ion Easy-Axis Anisotropy, JETP 135, 354 (2022).
  18. H. F. Verona de Resende, F. C. SaBarreto, and J. A. Plascak, Renormalization Group Treatment of the Mixed-Spin System in D-Dimensional Lattices, Physica A 149, 606 (1988).
  19. G. M. Zhang and C. Z. Yang, Monte-Carlo Study of the Two-Dimensional Quadratic Ising Ferromagnet with Spins S =1/2 and S =1 and with Crystal-Field Interactions, Phys. Rev. B 48, 9452 (1993).
  20. A. Bobak and M. Jurcisin, A Discussion of Critical Behaviour in a Mixed-Spin Ising Model, Physica A 240, 647 (1997)
  21. G. M. Buendia and M. A. Novotny, Numerical Study of a Mixed Ising Ferrimagnetic System, J. Phys.: Condens. Matter 9, 5951 (1997).
  22. M. Godoy and W. Figueiredo, Competing Dynamics in the Mixed-Spin Ising Model with Crystal-Feld Interaction, Physica A 339, 392 (2004).
  23. T. Iwashita and N. Uryu, The Curie Temperature of the Two-Dimensional Quadratic Ising Ferromagnet with Mixed Spins of S =1/2 and S=1, J. Phys. Soc. Japan 53, 721 (1984).
  24. J. Oitmaa, Ferrimagnetism and the Existence of Compensation Points in Layered Mixed Spin (1/2,1) Ising Models, Phys. Rev. B 72, 224404 (2005).
  25. J. Oitmaa and I. G. Enting, A Series Study of a Mixed-Spin S = (1/2, 1) Ferrimagnetic Ising Model, J. Phys.: Condens. Matter 18, 10931 (2006).
  26. W. Selke and J. Oitmaa, Monte Carlo Study of Mixed-Spin S = (1/2, 1) Ising Ferrimagnets, J. Phys.: Condens. Matter 22, 076004 (2010).
  27. Ю. А. Фридман, O. A. Космачев, Квантовые эффекты в анизотропном ферримагнетике, ФТТ 51, 1104 (2009).
  28. M. Zukovic and A. Bobak, Frustrated Mixed Spin-1/2 and Spin-1 Ising Ferrimagnets on a Triangular Lattice, Phys. Rev. E 91, 052138 (2015).
  29. M. Zukovic and A. Bobak, Mixed Spin-1/2 and Spin-1 Ising Ferromagnets on a Triangular Lattice, Physica A 436 509 (2015).
  30. E. S. de Santana, A. S. de Arruda, and M. Godoy, Random-Anisotropy Mixed-Spin Ising on a Triangular Lattice, Condensed Matter Physics, 26, 23601 (2023)
  31. A. S. Martynov and D. M. Dzebisashvili, Quantum Su(3)-Ferrimagnet on Triangular Lattice, J. Magn. Magn. Mat. 584, (2024) 171906.
  32. B. A. Ivanov and A. K. Kolezhuk, Effective Field Theory for the S=1 Quantum Nematic, Phys. Rev. B 68, 052401 (2003).
  33. A. Lauchli, F. Mila, and K. Penc, Quadrupolar Phases of the S=1 Bilinear-Biquadratic Heisenberg Model on the Triangular Lattice, Phys. Rev. Lett. 97, 087205 (2006).
  34. В. В. Вальков, М. С. Шустин, Квантовые ренормировки в анизотропных многоподрешеточных магнетиках и модификация магнитной восприимчивости при облучении, ЖЭТФ 148, 984 (2015)
  35. V. V. Val’kov and M. S. Shustin, Quantum Theory of Strongly Anisotropic Two- and Four-Sublattice Single-Chain Magnets, J. Low Temp. Phys. 185, 564 (2016).
  36. Yu. A. Fridman and D. V. Spirin, Spin Waves in Two-Dimensional Ferromagnet with Large Easy-Plane Anisotropy, J. Magn. Magn. Mat. 253, 111 (2002).
  37. J. Hubbard, Electron Correlations in Narrow Energy Bands III. An Improved Solutions, Proc.Roy. Soc. A 281, 401 (1964).
  38. A. V. Chubukov and D. I. Golosov, Quantum Theory of an Antiferromagnet on a Triangular Lattice in a Magnetic Field, J. Phys.: Condens. Matter 3,69 (1991).
  39. C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, and F. Laloe, Quantum Mechanics, Wiley-VCH (2019), Vol. 1.
  40. V. V. Val’kov, Unitary Transformations of the Group U (n) and Diagonalization of Multilevel Hamiltonians, Theor. Math. Phys. 76, 766 (1988).
  41. А. И. Ахиезер, В. Г. Барьяхтар, С. В. Пелетминский, Спиновые волны, Наука, Москва (1967).
  42. L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Quantum Mechanics: Non-Relativistic Theory, Elsevier (2013), Vol. 3.
  43. T. Coletta, T. A. Toth, K. Penc at al., Semiclasical Theory of the Magnetization Process on the Triangular Lattice Heisenberg Model, Phys. Rev. B 94, 075136 (2016).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences