Forschung: Feldgetriebene Berezinskii-Kosterlitz-Thouless-Korrelationen

Zweidimensionale (2D) Spinsysteme mit einer XY-Anisotropie weisen einen Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) Phasenübergang auf, welcher durch die Bindung von topologischen Defekten zu Vortex-Antivortex-Paaren charakterisiert werden kann. Eine Gruppe von Forschern aus Deutschland, dem Vereinigten Königreich und den USA untersuchte das Konzept einer magnetfeldgetriebenen Änderung der Korrelationen in Quasi-2D-Spinsystemen entsprechend des Heisenbergs- bis hin zu denen des XY-Limits. Als Modellfall wurden die Spinkorrelationen im Material CuPOF mittels Kernspinresonanz und Quanten-Monte-Carlo-Simulationen untersucht. Die Ergebnisse der kritischen Temperaturen des BKT-Übergangs sowie des Einsetzens der langreichweitigen Ordnung zeigen, dass das magnetische Phasendiagramm von CuPOF durch die feldgetriebene XY-Anisotropie der Spinkorrelationen und die damit einhergehende BKT-Physik unter dem Einfluss einer kleinen Zwischenebenenkopplung bestimmt wird. Die Ergebnisse dieser Studie sind von Bedeutung für die Erforschung einer Vielzahl von Materialien, welche zweidimensionale Spinsysteme mit einer Tieftemperaturphänomenologie realisieren, die durch BKT-Korrelationen hervorgerufen wird.

D. Opherden, M. S. J. Tepaske, F. Bärtl, M. Weber, M. M. Turnbull, T. Lancaster, S. J. Blundell, M. Baenitz, J. Wosnitza, C. P. Landee, R. Moessner, D. J. Luitz, H. Kühne,
Field-Tunable Berezinskii-Kosterlitz-Thouless Correlations in a Heisenberg Magnet,
Phys. Rev. Lett. 130, 086704 (2023) (arXiv)