经典阻挫反铁磁体中的晶格对称性与正则态

我们考虑一些具有全局 O(3) 自旋对称性的经典阻挫晶格自旋模型。当哈密顿量的自旋依赖关系超过二次（即超出海森堡模型）和/或晶格每个原胞有多个格点时，通常没有通用的解析方法来确定基态。为处理这些情况，我们引入一族变分自旋构型，称为“正则态”，这些构型在全局 O(3) 自旋变换（旋转和/或自旋翻转）下尊重所有晶格对称性。通过群论方法明确给出了这些态的构造，并列出了方格、三角格、蜂巢格和 kagome 格上的所有正则态。展示了它们的等时结构因子和粉末平均，以便与实验比较。所有众所周知的具有 2 或 3 个子晶格的 Néel 态都出现在各种晶格的正则态中，但正则态也包含了具有 T=0 序参量的立方、四面体或立方八面体几何结构的奇异非平面态。无论哈密顿量的具体细节如何（具有相同的对称群），这些正则态中的很大一部分在自旋的微小偏离下是能量稳定的。事实上，在我们研究过的最简单模型的参数空间的一个非常广泛的范围内，这些正则态表现为精确的基态。作为例子，我们展示了所有前述晶格上的 J1-J2-J3 海森堡模型以及方格和三角格上的 J1-J2-K 环交换模型的变分相图。