Magnetocaloric effect in quantum spin-s chains

Abstract

We compute the entropy of antiferromagnetic quantum spin-s chains in an external magnetic field using exact diagonalization and Quantum Monte Carlo simulations. The magnetocaloric effect, i. e., temperature variations during adiabatic field changes, can be derived from the isentropes. First, we focus on the example of the spin- s = 1 chain and show that one can cool by closing the Haldane gap with a magnetic field. We then move to quantum spin-s chains and demonstrate linear scaling with s close to the saturation field. In passing, we propose a new method to compute many low-lying excited states using the Lanczos recursion.

Ми обчислюємо ентропiю антиферомагнiтних квантових спiн-s ланцюжкiв у зовнiшньому магнiтному полi, використовуючи точну дiагоналiзацiю i квантове Монте Карло. Магнiтокалоричний ефект, тобто змiна температури при адiабатичних змiнах поля, може бути отриманий з iзентроп. Спочатку ми зосереджуємося на прикладi спiн-s = 1 ланцюжка i показуємо, що можна охолоджувати, закриваючи магнiтним полем щiлину Галдейна. Потiм ми переходимо до квантових спiн-s ланцюжкiв i демонструємо лiнiйний скейлiнг з s поблизу поля насичення.