稀释二维S=1/2海森堡反铁磁体的多尺度激发

我们通过量子蒙特卡洛(QMC)数据的解析延拓，研究了随机稀释方格点阵上S=1/2海森堡模型的激发谱。在稀释分数p=1/16和p=1/8时，动态结构因子S(q,ω)在q=(0,0)和(π,π)附近呈现阻尼磁振子峰并具有异常色散、一个非色散的低能局域化峰，以及两者之间的第二个峰。异常色散的磁振子，与我们的结果接近，早在自旋波和T矩阵理论[A. Chernyshev et al., PRB 65, 104407 (2002)]中已被预测，位于局域化能量之上。然而，中间模式此前未被预测。通过能量层析成像分析单个空位构型的实空间谱函数，我们发现这些激发集中在与空位相邻的一小部分自旋上。我们论证低能激发是空位分数对应的有效矩的稀疏随机网络的激发。磁振子谱权重分布发生了转移：从高能时远离空位的自旋转移到低能时与空位相邻的自旋。我们还分析了ω∝N⁻¹（N=L²为系统尺寸）的安德森量子转子激发，在清洁系统中该激发仅在q=(π,π)处可见于S(q,ω)中，但当p>0时扩展到整个布里渊区。q=(0,0)和(π,π)附近的权重可由二聚体-单体模型内的局域子晶格不平衡来解释，但也存在来自关联单重态涨落的结构，我们通过引入四自旋耦合增强了这些涨落以证明这一点。此处发现的所有谱特征应可通过对掺入非磁性杂质的层状量子反铁磁体进行弹性中子散射实验来观测。