含阻挫和各向异性的反铁磁自旋链的键算符理论

卢蒙蒙，陈 斌

（上海理工大学 理学院，上海 200093）

近几十年来，低维磁系统是凝聚态物理中的一个重要领域。量子涨落在低维上的增强会导致很多新奇现象，如拉丁格液体行为和自旋皮尔斯相变。由于在铜基材料中发现了高温超导性[1]，方格点阵中最近邻的海森堡反铁磁体模型引起了理论界的广泛关注。对于一维铁磁体，Haldane[2]指出，整数自旋链的激发态具有有限的能隙，而半整数自旋链是无能隙的。半整数和整数自旋链的不同色散关系现象已经吸引了很多理论和实验研究者。S=1的自旋链是一个简单的例子（S为自旋），这一点已在S=1的磁性材料Ni（C2H8N2）2NO2（ClO4）中得到证实[3]。由于自旋轨道耦合，自旋Ni2+离子的各向异性效应不能被忽略。单粒子各向异性是高自旋的普遍现象。Sakai等[4]的研究表明，自旋为1/2的铁磁链的量子相变可能是单离子的各向异性引起的。通过平均场计算[5-6]也观察到了类似的相变。同时，Sachdev等[7]在二维量子反铁磁体中对自发二聚化相进行了广泛的研究。对于阻挫方晶格中的自发二聚化提出了自旋为1/2的键算符表示。此后，Wang等[8]引入了S=1的键算符理论方法来研究自旋为1的铁磁链和阶梯的磁化。Kumar等[9]应用此方法讨论了具有二聚化基态的一般性的反铁磁链。文献[10−11]使用键算符来处理亚铁磁链的二聚化效应。本文利用键算符的表示方法分别讨论了反铁磁自旋链中的单离子各向异性和阻挫。提出了具有阻挫和各向异性的S=1反铁磁自旋链的键算符平均场理论方法，得到了零温极限下的色散关系和有限温度下基于阻挫效应的能隙、磁化强度、静态磁化率和比热容数值。……