自旋半平方-kagome晶格反铁磁体的热力学

在过去的十年中，作为具有量子顺磁基态、饱和场附近的平带物理和量子疤痕的量子磁性模型系统，对平方-kagome（也称为手里剑）晶格上的自旋-$1/2$海森堡反铁磁体（HAF）的兴趣不断增长。在这里，我们通过有限温度Lanczos方法对系统尺寸为$N=18,24,30,36,42,48$和$N=54$的比热$C(T)$、熵$S(T)$以及磁化率$\chi(T)$进行了大规模数值研究。我们发现比热在主要峰值以下表现出低温肩峰，这可归因于填充单重态-三重态能隙的低能单重态激发，该能隙显著大于单重态-单重态能隙。这一观察进一步得到熵$S(T)$行为的支持，其中在约$T/J=0.2$处出现曲率变化，即$C$中肩峰出现的相同温度。对于磁化率，低能单重态激发无关紧要，单重态-三重态能隙导致指数激活的低温行为。$\chi(T)$中的最大值出现在相当低的温度$T_{\rm max}/J=0.146$（对于$N=42$），相比之下无阻挫方格晶格HAF的$T_{\rm max}/J=0.935$，这表明阻挫对磁化率也起关键作用。我们发现平方-kagome数据与kagome HAF的相应数据在非常低的$T$下具有惊人相似性。文中还讨论了具有平台和跳跃特征的磁化过程，以及表现出归因于平单磁子带存在的特征奇异性的比热场依赖性。