烧绿石光子：S=1/2三维阻挫磁体中的U(1)自旋液体
强关联电子
2007-05-23 v3
摘要
我们研究了在强易轴交换各向异性极限下，烧绿石晶格上的S=1/2海森堡反铁磁体。仅使用简并微扰理论的标准技术，我们发现该模型具有由自旋空间中绕z轴的某些局域旋转产生的U(1)规范对称性。在此模型以及一个相关的、自旋位于共角八面体三维网络上的模型中添加额外的局域相互作用后，我们可以在不做进一步近似的情况下写出精确的基态波函数。利用可解点的性质，我们证明这些模型进入U(1)自旋液相，这是一种具有涌现U(1)规范结构的新型分数化自旋液体。该相支持带隙的S^z = 1/2自旋子（携带U(1)“电”规范电荷）、带隙的拓扑点缺陷或“磁”单极子，以及无隙的“光子”，在自旋语言中是一种无隙、线性色散的S^z = 0集体模式。存在具有非平凡角度依赖性的幂律自旋关联，以及新颖的U(1)拓扑序。该态对所有零温扰动都稳定，并在相图中存在有限范围。利用电-磁对偶的便捷晶格版本，我们发展了U(1)自旋液体和相邻可解点的有效描述，即高斯量子电动力学，并计算了一些普适性质。所得图像通过我们对可解点波函数的数值分析得到证实。最后，我们简要讨论了在更广泛的模型中理解该物理现象以及与实验建立联系的前景。
引用
@article{arxiv.cond-mat/0305401,
title = {Pyrochlore Photons: The U(1) Spin Liquid in a S=1/2 Three-Dimensional Frustrated Magnet},
author = {Michael Hermele and Matthew P. A. Fisher and Leon Balents},
journal= {arXiv preprint arXiv:cond-mat/0305401},
year = {2007}
}
备注
22 pages, 14 figures. Further minor changes. To appear in Phys. Rev. B