呼吸烧绿石晶格上反铁磁海森堡自旋的理论

研究了呼吸烧绿石晶格上自旋 $S>1/2$ 的反铁磁海森堡模型的自旋单态序，其中四面体单元弱耦合，交换常数有两个值 $0<J' \ll J$。在 $J'=0$ 时基态具有热力学简并，我研究了与解除该简并相关的晶格对称性破缺。对一般自旋 $S$ 的 $J'$ 三阶微扰表明，有效哈密顿量具有赝自旋 $\tau$ 的三四面体相互作用形式，这与先前对 $S=1/2$ 推导的结果相同，并且我计算了一般 $S$ 下的矩阵元。对于该有效哈密顿量，我得到了其平均场基态，并研究了 $S=3/2$ 和 $1$ 情况下晶格对称性破缺的可能性。与 $S=1/2$ 情况相反，$\tau$ 对共轭场的响应在其内部空间具有 $Z_3$ 各向异性，这稳定了平均场基态。平均场基态具有与晶格对称性破缺相关的自旋关联特征空间模式。计算了自旋结构因子 $S(q)$，发现其具有对称性破缺部分，其振幅与各向同性部分同阶。