三聚化自旋1 Kagomé反铁磁体中磁无序与有序的plaquette-triplon分析

通过在其三角形元胞上定义的plaquette-triplon的低能玻色子理论，研究三聚化Kagomé晶格上的自旋1海森堡模型。该模型具有三角形内的反铁磁交换相互作用 $J$（设为1），以及两种三角形间耦合 $J^\prime>0$（最近邻）和 $J^{\prime\prime}$（次近邻；两种符号均可）。该模型的triplon分析研究了三聚化单态（TS）基态在 $J^\prime$-$J^{\prime\prime}$ 平面中的稳定性。它给出了一个量子相图，具有两个无能隙反铁磁（AF）有序相，中间由有自旋能隙的TS相分隔。发现TS基态在 $J^{\prime\prime}=0$ 线（最近邻情况）上稳定，且在 $J^{\prime\prime}\neq 0$ 时其两侧、由向无能隙AF相转变的临界线所界的扩展区域内也稳定。负 $J^{\prime\prime}$ 区域中的无能隙相具有 $\sqrt{3}\times\sqrt{3}$ 共面 $120^\circ$-AF序，所有磁矩长度相等且相对角为 $120^\circ$。另一AF相，在正 $J^{\prime\prime}$ 区域，表现出不同的共面序，其有序波矢 ${\bf q}=(0,0)$。此处，三角形中的两个磁矩大小相同，但短于第三个。两个短磁矩间夹角为 $120^\circ-2\delta$，而短磁矩与长磁矩间为 $120^\circ+\delta$。仅当 $J^{\prime\prime}=J^\prime$ 时，它们大小相等且相对角为 $120^\circ$。此 ${\bf q}=(0,0)$ 相具有等腰三角元胞Kagomé晶格的平移对称性。某些布拉格峰强度之比 $I_{(1,0)}/I_{(0,1)} = 4\sin^2{(\frac{\pi}{6}+\delta)}$ 给出了偏离 $120^\circ$ 序的实验度量 $\delta$。