弱耦合反铁磁自旋链中的非线性孤子禁闭

我们使用半经典非线性 sigma 模型分析了具有易轴各向异性、准一维、大-$S$ 量子反铁磁体的低能动力学。鞍点近似导出支持孤子解的正弦 Gordon 方程。这些对应于空间扩展畴壁的运动。长程磁序是弱链间耦合的结果。在有序温度以下，与邻近链的耦合导致与两个畴壁分离相关的能量代价。由扭结-反扭结双孤子解，我们计算了有效禁闭势。在比孤子尺寸大的距离处，该势为线性的，正如类点畴壁所预期的那样。在小距离处，孤子的逐渐湮灭削弱了有效吸引并使势变为二次的。通过数值求解具有此非线性禁闭势的有效一维 Schr"oedinger 方程，我们计算了孤子束缚态谱。我们将该理论应用于 CaFe$_{2}$O$_{4}$，一种基于反铁磁之字形链的各向异性 $S=5/2$ 磁体。利用非弹性中子散射，我们能够在略低于 N\'eel 温度 $T_\textrm{N}\approx 200$~K 记录的谱中分辨出七个离散能级。这些模式在我们的大空间扩展孤子 regime 下的非线性禁闭模型中得到了很好描述。