Влияние анизотропии обменного взаимодействия на магнитные квантовые фазовые переходы в димеризованных антиферромагнетиках

Abstract

Проведено теоретическое описание индуцированного внешним магнитным полем квантового фазового перехода в димеризованном антиферромагнетике. Показано, что описание такого фазового перехода можно провести, определив минимум функции Лагранжа, зависящей от параметров точной волновой функции основного состояния кристалла. Получено, что переход в кристалле из синглетного состояния димеров в состояние с неколлинеарной ориентацией спинов в димере происходит подобно фазовому переходу порядок–порядок. Показано, что в случае одноосного характера обменной анизотропии на положение критической точки рассматриваемого квантового перехода влияют также спин-спиновые взаимодействия внутри димера. При этом анизотропные одноосного типа спин-спиновые взаимодействия между димерами, как и в классических неелевских антиферромагнетиках, сдвигают только точку спин-флип перехода из неколлинеарной антиферромагнитной фазы в ферромагнитную фазу.

Проведено теоретичний опис індукованого зовнішнім магнітним полем квантового фазового переходу в димеризованому антиферомагнетику. Показано, що опис такого фазового переходу можна провести, визначивши мінімум функції Лагранжа, залежної від параметрів точної хвильової функції основного стану кристала. Отримано, що перехід в кристалі з синглетного стану димерів в стан з неколінеарною орієнтацією спінів в димері відбувається подібно фазовому переходу порядок–порядок. Показано, що у випадку одновісного характеру обмінної анізотропії на положення критичної точки квантового фазового переходу, що розглядається, впливають також спін-спінові взаємодії в середині димера. При цьому анізотропні одновісного типу спін-спінові взаємодії між димерами, як і в класичних неєлівських антиферомагнетиках, зміщують тільки точку спін-фліп переходу з неколінеарної антиферомагнітної фази в феромагнітну фазу.

We present a theoretical description of a quantum phase transition in a dimerized antiferromagnet, induced by an external magnetic field. The description of such transitions is constructed by determining the minimum of the Lagrange function which depends on the parameters of the ground-state crystal wavefunction. We determine that during a crystal transition from the singlet state of the dimer to the state with a noncollinear spin orientation, an order-order type phase transition occurs. We show that in the case of a single-axis character of the exchange anisotropy, the location of the quantum phase transition critical point is affected by the spin-spin interactions inside the dimer. Additionally, analogous to the classical Néele antiferromagnets, single-axis type anisotropic spin-spin interactions between dimers, shift the point of the spin-flip transition from the noncollinear antiferromagnetic phase to the ferromagnetic phase.