【摘 要】
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准粒子的波色-爱因斯坦凝聚和低维磁系统中的量子相变是近年来凝聚态物理研究的热点和难点之一。我们用磁振子凝聚的方法研究了自旋二聚体磁系统中的量子相变及其在外磁场中
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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准粒子的波色-爱因斯坦凝聚和低维磁系统中的量子相变是近年来凝聚态物理研究的热点和难点之一。我们用磁振子凝聚的方法研究了自旋二聚体磁系统中的量子相变及其在外磁场中的热力学性质。我们以BaCuSi2O6的实验结果为依据,构造了准二维的S=1/2自旋二聚体方格子模型。采用S=1/2自旋的键算符表示,在平均场近似下研究了模型哈密顿的基态相图,温度-磁场相图,比热和横向交错磁化强度在给定磁场下随温度的变化关系以及临界指数随最近邻二聚体双层间耦合强度的变化等,与实验结果符合得很好。Ba3Mn2O8是已知唯一的准二维S=1自旋二聚体磁系统。在已有的实验结果基础上,我们构造了等效的S=1自旋二聚体六角格子模型。在S=1自旋的键算符表示下,采用平均场近似,得到等效哈密顿的基态相图。通过拟合我们确定出等效哈密顿的交换耦合强度。在此基础上,我们研究了模型哈密顿的热力学性质。从零逐渐增强外磁场,均匀磁化强度表现出双台阶结构,同时,发生磁振子波色一爱因斯坦凝聚的临界温度和自旋横向分量的交错磁化强度先升至最大值然后下降。随着温度升高,系统比热曲线出现λ-奇异性,而自旋横向分量的交错磁化强度下降。拟合得到磁相变的临界指数为0.65。近邻自旋横向分量间夹角的非公度值被确定为0.02π。在弱场下,计算得到的热力学性质与实验结果符合得很好。我们得到的非公度角已在最近的实验中得到证实。Cu2Fe2Ge4O13是已知的第一种准一维S=5/2自旋链与S=1/2自旋二聚体耦合的磁系统。我们从与之拓扑等价的模型哈密顿出发,取S=5/2自旋的Holstein-Primakoff自旋波表示和S=1/2自旋的键算符表示,在平均场近似下研究了模型的激发谱,自发磁化强度和基态相图。计算得到的类自旋波激发的色散关系和有限能隙,类三重态激发能隙,以及自发磁化强度等与实验结果符合得很好。我们还用微扰方法计算了以自旋二聚体为媒介的等效交换作用。
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