通过同时适用于顺磁与有序相的键算符形式研究自旋-1/2 磁体中的集体激发

我们提出一种键算符理论（BOT），适用于描述自旋-1/2 磁体中磁有序相以及具有单重态基态的顺磁相。所提出的 BOT 提供了物理量按 1/n 幂的规则展开，其中 n 是可占据一个单位胞的最大玻色子数（物理结果对应 n=1）。给出了 BOT 的两种变体：单位胞中含两个和四个自旋（分别称为两自旋和四自旋 BOT）。我们用两自旋 BOT 考察了简单平方晶格双层上的自旋-1/2 海森堡反铁磁体（HAF）。在 1/n 的一阶近似下得到的基态能量 E、交错磁化强度 M 和准粒子谱，在距相间量子临界点不太近的顺磁与有序相中均与先前结果定量吻合良好。通过在两个方向加倍单位胞，我们用所提四自旋 BOT 讨论了平方晶格上的自旋-1/2 HAF。在 1/n 一阶下得到的磁子谱、E 和 M 与先前的数值和实验结果定量吻合良好。我们观察到一种特殊的适度阻尼自旋-0 准粒子（简称“singlon”），其在布里渊区大部分区域内的能量低于 Higgs 模的能量。通过考察具 Ising 型各向异性的 HAF，我们发现 Higgs 与“singlon”模均源于两磁子束缚态，这些束缚态在各向同性极限附近不远处与两磁子连续谱合并。我们证明“singlons”显式出现在“标量”关联子中，其中之一描述了 $B_{1g}$ 对称性下的拉曼强度。后者在 1/n 的主导阶通过零动量处的“singlon”格林函数表达，呈现出不对称峰。该峰位置与实验上在例如层状铜氧化物中观测到的“两磁子”峰位置一致。