自旋-1 笼目反铁磁体 Hida 模型中的自发二聚化与矩形成

Hida 模型定义在蜂窝晶格上，是一个由反铁磁六边形（最近邻相互作用 $J_A>0$）通过铁磁键（交换相互作用 $J_F<0$）耦合而成的自旋-1/2 海森堡模型。它适用于自旋有隙有机材料 m-MPYNN.X（其中 $\mathrm{X}=$ I, BF4, ClO4），并且在 $|J_F|\gg J_A$ 时约化为自旋-$1$ 笼目海森堡反铁磁体（KHA）。受最近关于自旋-1 KHA 三聚化单重态（TS）基态的发现的启发，我们利用平均场 triplon 分析和 Schwinger 玻色子平均场理论，研究了 Hida 模型基态从弱到强 $J_F/J_A$ 的演化。我们对 Hida 模型的 triplon 分析表明，其均匀六边形单重态（HS）基态（对于弱 $J_F/J_A$）在所有超过中等 $J_F/J_A$ 的 $J_F$ 下让位于二聚化六边形单重态（D-HS）基态。从 Schwinger 玻色子计算中，我们发现从自旋-1/2 Hida 模型的均匀 HS 相到自旋-1 KHA 的 TS 相的演化通过两个量子相变发生：1) 在 $J_F/J_A \sim -0.28$ 处从均匀 HS 到 D-HS 相的自发二聚化相变，以及 2) 在 $J_F/J_A \sim -1.46$ 处的矩形成相变，跨越该相变后，每条 FM 键上的一对自旋-1/2 开始表现为一个束缚矩，对于大的负 $J_F$ 趋于自旋-1。因此，自旋-1 KHA 的 TS 基态绝热地连接到 Hida 模型的 D-HS 基态。我们的计算清楚地表明，\ce{m-MPYNN.X} 盐在低温下实现了 D-HS 相，这可以通过中子衍射来确定。