Kagome晶格反铁磁体的自旋团簇算符理论

Kagome晶格上的自旋-1/2量子反铁磁体是强关联电子物理学中的一个典型范例，其中几何阻挫和量子涨落的影响都被推至极限。在可能的非磁性基态中，具有36位点单胞的价键固体(VBS)是最有希望的候选者之一。分析此类VBS序的一个自然理论框架是将连接最近邻位点的键上的量子态视为系统的基本量子模式，并将其处理为有效独立的“键粒子”。这种方法被称为键算符理论，虽然能正确描述基态中的VBS序，但会显著高估最低自旋激发能。为克服此问题，我们在本文中采取下一个逻辑步骤来改进键算符理论，并考虑扩展的自旋团簇作为系统的基本构建块。根据VBS序的两种可能构型，我们考虑了各种自旋团簇：(i) 在具有交错六边形共振的VBS序中，我们考虑一个用于大卫之星的自旋团簇和两个自旋团簇，每个团簇由一个完美六边形和三个相连的二聚体组成；(ii) 在具有均匀六边形共振的VBS序中，考虑一个由大卫之星和三个相连二聚体组成的自旋团簇。结果表明，大部分低能自旋激发在能量上几乎是或完全是平坦的。最低自旋激发的主要权重来自大卫之星，其能隙远低于先前由键算符理论获得的值，从而缩小了与精确对角化结果之间的差异。