巨型单分子磁体{Mn$_{70}$}和{Mn$_{84}$}的低自旋基态

单分子磁体{Mn$_{70}$}和{Mn$_{84}$}的特征在于其具有一个14格点的晶胞，其中$S=2$的自旋格点排列成环形几何结构。实验上，这些系统表现出总自旋$S_{\text{tot}}=5-7$显著偏低的磁基态。迄今为止，由于如此大系统的量子海森堡模型的复杂性，这一低自旋基态一直难以从理论上描述。在本工作中，我们填补了这一空白，并证明了{Mn$_{70}$}和{Mn$_{84}$}的基态实际上由一个小的、有限的$S_{\text{tot}}$所支配，与实验定量吻合。我们采用精确的大规模SU(2)对称密度矩阵重整化群计算，针对一个具有先前由密度泛函理论发表的交换参数的量子海森堡模型。对于相同的参数和$S=1$，我们未发现低自旋态，因此提出具有$S\geq2$的阻挫系统本质上倾向于弱铁磁相互作用。这可以解释类似的低自旋Mn基单分子磁体普遍存在的原因。最后，我们计算了完整的磁化曲线，并在饱和磁化的10/14、11/14、12/14和13/14处发现了宽平台，这些平台可追溯到具有断裂的簇间键的近独立3格点簇。