Спиновый нематик в сильном магнитном поле

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В приближении среднего поля исследована возможность существования нематического состояния в сильном магнитном поле в ферромагнетике с большим биквадратичным обменным взаимодействием и спином магнитного иона S=1. Исследован случай как изотропного, так и анизотропного негейзенберговского ферромагнетика. Исследована трансформация геометрического образа спинового нематика в зависимости от величины магнитного поля.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Я. Ю. Матюнина

Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского

Email: yuriifridman@gmail.com
Россия, 295006, Симферополь, Республика Крым, пр. Вернадского, 4

О. А. Космачев

Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского

Email: yuriifridman@gmail.com
Россия, 295006, Симферополь, Республика Крым, пр. Вернадского, 4

Ю. А. Фридман

Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского

Автор, ответственный за переписку.
Email: yuriifridman@gmail.com
Россия, 295006, Симферополь, Республика Крым, пр. Вернадского, 4

Список литературы

  1. Де Жен П. Физика жидких кристаллов. М.: Мир, 1977. 396 с.
  2. Andrienko D. Introduction to liquid crystals// J. Mol. Liq. 2018. V. 267. P. 520–541.
  3. Андреев А.Ф., Грищук И.А. Спиновые нематики // ЖЭТФ. 1984. Т. 87. С. 467–475.
  4. Blume M., Hsieh Y.Y. Biquadratic Exchange and Quadrupolar Ordering// J. Appl. Phys. 1969. V. 40. P. 1249.
  5. Zhitomirsky M.E. and Tsunetsugu H. Magnon pairing in quantum spin nematic// Europhys. Lett. 2010. V. 92. № 3. P. 37001.
  6. Chandra P., Coleman P. Quantum spin nematics: Moment-free magnetism// Phys. Rev. Lett. 1991. V. 66. P. 100.
  7. Chubukov A.V. Chiral, nematic, and dimer states in quantum spin chains// Phys. Rev. B. 1991. V. 44. P. 4693.
  8. Michaud F., Vernay F., Mila F. Theory of inelastic light scattering in spin-1 systems: Resonant regimes and detection of quadrupolar order//Phys. Rev. B. 2011. V. 84. P. 184424.
  9. Fradkin E., Kivelson S.A., Lawler M.J., Eisenstein J.P., Mackenzie A.P. Nematic Fermi Fluids in Condensed Matter Physics//Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 2010. V. 1. P. 153.
  10. Chu J.-H., Kuo H.-H., Analytis J.G., Fisher I.R. Divergent nematic susceptibility in an iron arsenide superconductor //Science. 2012. V. 337. P. 710.
  11. Fernandes R.M., Chubukov A.V., Schmalian J. What drives nematic order in iron-based superconductors? // Nat. Phys. 2014. V. 10. P. 97.
  12. Mila F. Closing in on a Magnetic Analog of Liquid Crystals// Physics. 2017. V. 10. P. 64.
  13. Nath R., Tsirlin A.A., Rosner H., Geibel C. Magnetic properties of BaCdVO(PO4)2: A strongly frustrated spin-12 square lattice close to the quantum critical regime // Phys. Rev. B. 2008. V. 78. P. 064422.
  14. Svistov L.E., Fujita T., Yamaguchi H., Kimura S., Omura K., Prokofiev A., Smirnov A.I., Honda Z., Hagiwara M. New high magnetic field phase of the frustrated S=1/2 chain compound LiCuVO4 // JETP Letters. 2011. V. 93. P. 24–28.
  15. Yoshida M., Nawa K., Ishikawa H., Takigawa M., Jeong M., Kr¨amer S., Horvati´c M., Berthier C., Matsui K., Goto T., Kimura S., Sasaki T., Yamaura J., Yoshida H., Okamoto Y., Hiroi Z. Slow dynamics and magnon bound states in the high-field phases of volborthite // Phys. Rev. B. 2017. V. 96. P. 180413(R).
  16. Orlova A., Green E.L., Law J.M., Gorbunov D.I., Chanda G., Kr¨amer S., Horvati´c M., Kremer R.K., Wosnitza J., Rikken G.L.J.A. Nematic Tomonaga-Luttinger Liquid Phase in an S=1/2 Ferromagnetic-Antiferromagnetic Bond-Alternating Chain // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 118. P. 247201.
  17. Povarov K.Y., Bhartiya V.K., Yan Z., Zheludev A. Thermodynamics of a frustrated quantum magnet on a square lattice // Phys. Rev. B. 2019. V. 99. P. 024413.
  18. Bhartiya V.K., Povarov K.Y., Blosser D., Bettler S., Yan Z., Gvasaliya S., Raymond S., Ressouche E., Beauvois K., Xu J., Yokaichiya F., Zheludev A. Presaturation phase with no dipolar order in a quantum ferro-antiferromagnet // Phys. Rev. Research. 2019. V. 1. P. 033078.
  19. Landolt F., Bettler S., Yan Z., Gvasaliya S., Zheludev A., Mishra S., Sheikin I., Kr¨amer S., Horvati´c M., Gazizulina A., Prokhnenko O. Presaturation phase in the frustrated ferro-antiferromagnet Pb2VO(PO4)2 // Phys. Rev. B. 2020. V. 102. P. 094414.
  20. Ranjith K.M., Landolt F., Raymond S., Zheludev A., Horvati´c M. NMR evidence against a spin-nematic nature of the presaturation phase in the frustrated magnet SrZnVO(PO4)2 // Phys. Rev. B. 2022. V. 105. P. 134429.
  21. Flavi´an D., Hayashida S., Huberich L., Blosser D., Povarov K.Y., Yan Z., Gvasaliya S., Zheludev A. Magnetic phase diagram of the linear quantum ferro-antiferromagnet Cs2Cu2Mo3O12// Phys. Rev. B. 2020. V. 101. P. 224408.
  22. Andreev A.F. and Lifshitz I.M. Quantum Theory of Defects in Crystals // Sov. Phys. JETP. 1969. V. 29. № 6. P. 1107.
  23. Gen M., Nomura T., Gorbunov D.I., Yasin S., Cong P.T., Dong C., Kohama Y., Green E.L., Law J.M., Henriques M.S., Wosnitza J., Zvyagin A.A., Cheranovskii V.O., Kremer R.K., Zherlitsyn S. Magnetocaloric effect and spin-strain coupling in the spin-nematic state of LiCuVO4 // Phys. Rev. Research. 2019. V. 1. P. 033065.
  24. Galkina E.G., Ivanov B.A., Butrim V.I. Longitudinal spin dynamics in nickel fluorosilicate // Low Temp. Phys. 2014. V. 40. P. 635.
  25. Stenger J., Inouye S., Stamper-Kurn D.M., Miesner H.-J., Chikkatur A.P., Ketterle W. Spin domains in ground-state Bose–Einstein condensates // Nature (London). 1998. V. 396. P. 345.
  26. Demler E. and Zhou F. Spinor Bosonic Atoms in Optical Lattices: Symmetry Breaking and Fractionalization // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 88. P. 163001.
  27. Космачев О.А., Фридман Ю.А., Галкина Е.Г., Иванов Б.А. Динамические свойства магнетиков со спином s=3/2 и негейзенберговским изотропным взаимодействием // ЖЭТФ. 2015. Т. 147. № 2. С. 320.
  28. Bar'yakhtar V.G., Butrim V.I., Kolezhuk A.K., and Ivanov B.A. Dynamics and relaxation in spin nematics // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. P. 224407.
  29. Бутрим В.И., Иванов Б.А., Кузнецов А.С. Критическая динамика и релаксация элементарных возбуждений нематической фазы негейзенберговского магнетика со спином S=1 //Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 92. № 3. С. 172–176.
  30. Fridman Yu.A., Kosmachev O.A., and Klevets Ph.N. Spin nematic and orthogonal nematic states in S=1 non-Heisenberg magnet // JMMM. 2013. V. 325. P. 125.
  31. Галкина Е.Г., Иванов Б.А., Космачев О.А., Фридман Ю.А. Двумерные солитоны в нематичеcкой фазе магнетиков с изотропным обменным взаимодействием // ФНТ. 2015. Т. 41. С. 490.
  32. Нагаев Е.Л. Магнетики со сложными обменными взаимодействиями. М.: Наука, 1988. 232 с.
  33. Ivanov B.A. and Kolezhuk A.K. Effective field theory for the S=1 quantum nematic // Phys. Rev. B. 2003. V. 68. P. 052401.
  34. Perelomov A.M. Generalized coherent states and some of their applications // Sov. Phys. Usp. 1977. V. 20. P. 703.
  35. Papanikolaou N. Unusual phases in quantum spin-1 systems // Nucl. Phys. B. 1988. V. 305. P. 367.
  36. Андреев А.Ф., Марченко В.И. Симметрия и макроскопическая динамика магнетиков // УФН. 1980. Т. 130. С. 39.
  37. Läuchli A., Mila F., and Penc K. Quadrupolar Phases of the S=1 Bilinear-Biquadratic Heisenberg Model on the Triangular Lattice // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 97. P. 087205.
  38. Smerald A. and Shannon N. Theory of spin excitations in a quantum spin-nematic state // Phys. Rev. B. 2013. V. 88. P. 184430.
  39. Fridman Yu.A., Kosmachev O.A., Kolezhuk A.K. and Ivanov B.A. Spin Nematic and Antinematic States in a Spin-3/2 Isotropic Non-Heisenberg Magnet // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 106. P. 097202.
  40. Матвеев В.М. Квантовый квадрупольный магнетизм и фазовые переходы при биквадратном обмене // ЖЭТФ. 1973. Т. 65. С. 1626.
  41. Zvyagin A.A. and Slavin V.V. Spin nematic ordering in the spin-1 chain system // Phys. Rev. B. 2022. V. 106. P. 054429.
  42. Zvyagin A.A., Slavin V.V. and Zvyagina G.A. Manifestation of spin nematic ordering in the spin-1 chain system // Phys. Rev. B. 2023. V. 107. P. 134421.
  43. Bhattacharjee Subhro, Shenoy Vijay B. and Senthil T. Possible ferro-spin nematic order in NiGa2S4 // Phys. Rev. B. 2006. V. 74. P. 092406.
  44. Chattopadhyay S., Lenz B., Kanungo S., Sushila, Panda S.K., Biermann S., Schnelle W., Manna K., Kataria R., Uhlarz M., Skourski Y., Zvyagin S.A., Ponomaryov A., Herrmannsdörfer T., Patra R., and Wosnitza J. Pronounced 2/3 magnetization plateau in a frustrated S=1 isolated spin-triangle compound: Interplay between Heisenberg and biquadratic exchange interactions // Phys. Rev. B. 2019. V. 100. P. 094427.
  45. Jiang Shengtao (蒋晟韬), Romhányi Judit, White Steven R., Zhitomirsky M.E., and Chernyshev A.L. Where is the Quantum Spin Nematic? // Phys. Rev. Lett. 2023. V. 130. P. 116701.
  46. Sizanov A.V. and Syromyatnikov A.V. Spin nematic states in antiferromagnets containing ferromagnetic bonds // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. P. 014410.
  47. Rabuffo Ileana, De Cesare Luigi, D’Auria Alvaro Caramico, and Mercaldo Maria T. Devlin-like approach to a spin-1 transverse XY model with biquadratic exchange and single-ion anisotropy // Eur. Phys. J. B. 2019. V. 92. P. 154.
  48. Tanaka Katsuhiro and Hotta Chisa. Finite-temperature thermodynamic properties of spin-1 nematics in an applied magnetic field // Phys. Rev. B. 2020. V. 102. P. 140401(R).
  49. Вальков В.В. Унитарные преобразования группы U(N) и диагонализация многоуровневых гамильтонианов // ТМФ. 1988. Т. 76. С. 143.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Бесконечно тонкий диск.

Скачать (31KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Двухосный эллипсоид ⟨(S z)2⟩ > ⟨(S y)2⟩ > > ⟨(S x)2⟩.

Скачать (41KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Двухосный эллипсоид ⟨(S x)2⟩ > ⟨(S y)2⟩ > > ⟨(S z)2⟩.

Скачать (39KB)
Метаданные