Физика

Спиновая модель дельта-цепочки с конкурирующими обменными взаимодействиями

В. Я. Кривнов, Д. В. Дмитриев

Институт биохимической физики имени Н. М. Эмануэля Российской академии наук, Москва

Аннотация: Актуальность и цели. Низкоразмерные квантовые магнетики на геометрически фрустрированных решетках вызывают в последнее время значительный интерес. Типичным примером таких систем является дельта-цепочка - линейная цепь треугольников со спинами в вершинах. Дельта-цепочка с AF-взаимодействиями изучена довольно подробно и обладает рядом необычных свойств. Однако эта же модель с конкурирующими ферро (F)- и антиферромагнитными (AF) взаимодействиями изучена существенно меньше. Целью данной работы является изучение дельта-цепочки с F- и AF-анизотропными взаимодействиями на критической линии, разделяющей фазы основного состояния, определение степени вырождения основного состояния, остаточной энтропии и других магнитных свойств. Материалы и методы. Изучение модели основано как на аналитическом рассмотрении, так и на результатах численных расчетов. Предложен метод построения точных волновых функций основного состояния и подсчет их числа в каждом спиновом секторе. Аналитические результаты сравнены с численными расчетами конечных цепочек. Результаты. Показано, что основное состояние F-AF дельта-цепочки на критической линии состоит из локализованных состояний магнонов. Наряду с многомагнонными изолированными состояниями существуют также связанные комплексы магнонов, и их вклад в множество основных состояний является преобладающим в термодинамическом пределе. Выводы. Спиновые системы с макроскопически вырожденным основным состоянием и остаточной энтропией демонстрируют значительный магнитокалорический эффект. Учитывая большой прогресс в синтезе низкоразмерных фрустрированных магнетиков, можно надеяться, что будут получены реальные соединения типа F-AF дельта-цепочки с параметрами, близкими к критическим, которые могут быть использованы для создания эффективных магнитоохлаждающих устройств.

Ключевые слова: квантовые магнетики, фрустрация, магноны, макроскопическое вырождение

УДК: 538.9

DOI: 10.21685/2072-3040-2024-4-11