自旋S反铁磁体中的Néel到二聚体转变：双层海森堡模型中键算符理论与量子蒙特卡洛模拟的比较
其他凝聚态物理
2013-05-29 v2
摘要
我们研究了自旋S海森堡反铁磁体在双层正方和蜂窝晶格上由层间交换耦合驱动的Néel到二聚体转变，对于S=1/2, 1, 3/2。使用精确随机级数展开量子蒙特卡洛（QMC）计算，我们发现层间耦合的临界值J_{\perp c}[S]随S增加而增加，有明确证据表明对于所有S该转变属于O(3)普适类。使用限制在单重态和三重态的键算符平均场理论，我们发现J_{\perp c}[S] ~ S(S+1)，与QMC定性一致，但得到的J_{\perp c}[S]明显小于QMC值。对于S=1/2，在变分方法中纳入三重态-三重态相互作用得到的临界层间耦合与QMC吻合良好。对于更高自旋，我们认为考虑高能五重态模式至关重要，并表明在微扰方案中纳入这些模式后，对于S=1,3/2与QMC结果合理一致。我们讨论了我们的结果对诸如三角晶格S=1二聚体化合物Ba_3Mn_2O_8和S=3/2双层蜂窝材料Bi_3Mn_4O_{12}(NO_{3})等系统的广泛意义。
引用
@article{arxiv.1109.2646,
title = {N\'eel to dimer transition in spin-S antiferromagnets: Comparing bond operator theory with quantum Monte Carlo simulations for bilayer Heisenberg models},
author = {R. Ganesh and Sergei V. Isakov and Arun Paramekanti},
journal= {arXiv preprint arXiv:1109.2646},
year = {2013}
}
备注
14 pages, 7 figures, 2 tables. Updated data, corrected typos, added two paragraphs