S=1 Kitaev 量子自旋液体的 Schwinger 玻色子理论

Kitaev 模型是一个具有量子自旋液体基态的精确可解模型。虽然该模型最初是在蜂窝晶格上提出的 S=1/2 自旋模型，但向更高自旋系统的推广最近引起了关注。与 S=1/2 的情况相比，这类高自旋模型并非精确可解，人们对它们的理解仍然有限，尤其是在有限温度下的自旋激发方面。在此，我们关注 S=1 Kitaev 模型，该模型被认为具有玻色型准粒子。我们使用 Schwinger 玻色子平均场理论研究该模型，通过扩展键算符来处理各向异性自旋相互作用，引入玻色性自旋子作为分数化准粒子。我们确定了在铁磁和反铁磁 Kitaev 模型中实现量子自旋液体的平均场参数。基于此拟设，我们计算了动力学和等时自旋结构因子。我们发现，基于自旋子的 Wick 分解的传统方案会产生非物理的动量依赖性：它在反铁磁（铁磁）Kitaev 模型中产生了指示铁磁（反铁磁）关联的强谱权重。为了解决这个问题，我们提出了一种基于键算符分解的替代评估方法。我们证明，在我们的方案中，这种非物理行为消失了，并且自旋结构因子的动量依赖性与交换常数的符号一致。我们还计算了动力学自旋结构因子随温度的演化，发现随着温度升高，零温连续谱分裂成两个不同的结构，这可以用自旋子带宽变窄来理解。最后，我们阐明了为什么两种分解方案会导致不同的动量依赖性，并讨论了它们与先前研究的关系。