Forschung: Geordnete Zustände im Kitaev-Heisenberg-Modell: von 1D zu 2D

Quantenspinflüssigkeiten sind heutzutage auf dem Gebiet der kondensierten Materie von großem Interesse. Dies gilt insbesondere für Kitaev-Spinflüssigkeiten, da sie nicht-triviale topologische Phasen und Majorana-Moden realisieren. Mögliche Kandidaten für Kitaev-Materialien können durch eine Erweiterung des ursprünglichen Modells besser beschrieben werden: Das so genannte Kitaev-Heisenberg-Modell. Diese Materialien zeigen magnetisch geordnete Phasen bei tiefen Temperaturen. Allerdings suggerieren neue Versuchsergebnisse, dass Kitaev-Spinflüssigkeiten durch Schmelzen der magnetischen Ordnung aufgrund eines Magnetfelds oder aufgrund von Druck entstehen können. Um diesen Mechanismus theoretisch zu untersuchen, benötigen wir ein besseres Verständnis der Eigenschaften der magnetisch geordneten Zustände im Kitaev-Heisenberg-Modell. Das zweidimensionale Modell auf einem Honigwabengitter ist bereits eingehend untersucht worden. Allerdings wurde die entsprechende Kitaev-Heisenberg-Kette bisher wenig diskutiert.

Wir benutzen die Dichte-Matrix-Renormaierungsgruppenmethode, um das gesamte Phasendiagramm der Kitaev-Heisenberg-Kette zu untersuchen. Wir zeigen, wie die geordneten Zustände des  zweidimensionalen Honigwabengitters als gekoppelte Ketten interpretiert werden können. Außerdem schlagen wir mögliche Materialkandidaten für dieses Modell vor und präsentieren seine elementare Anregungen.

Durch das Aufzeigen der Verbindung von 1D-Ketten und 2D-Wabenstruktur liefern wir darüber hinaus eine neue Sichtweise auf das Kitaev-Heisenberg-Modell.

C. E. Agrapidis, J. van den Brink, S. Nishimoto,
Ordered states in the Kitaev-Heisenberg model: From 1D chains to 2D honeycomb,
Sci. Rep. 8, 1815 (2018) (arXiv)