Forschung: Pseudo-Goldstone-Moden und Ordnung durch Unordnung

"Ordnung durch Unordnung"  bezeichnet das Phänomen, dass magnetisch geordnete Zustände in frustrierten Magneten durch Fluktuationsprozesse selektiert werden können; ein etabliertes Beispiel ist das Pyrochlor-Material Er₂Ti₂O₇. Ordnung durch Unordnung liegt damit an der Grenze zwischen konventionellem und exotischem Magnetismus und beinhaltet zahlreiche faszinierende Aspekte der Vielteilchenphysik.

Diese Arbeit konzentriert sich auf eine der Konsequenzen von Ordnung durch Unordnung, nämlich die Tatsache, dass Nullenergiemoden der semiklassischen Spinwellentheorie, genannt  Pseudo-Goldstone-Moden - eine Energielücke durch Fluktuationsprozesse entwickeln. Frühere Arbeiten haben diese Energielücke aus dem Einfluss von Spinwellen-Wechselwirkungen bestimmt - diese Rechnungen sind typischerweise aufwendig. Wir haben eine bisher verborgene Eigenschaft der Störungstheorie entdeckt, die die exakte Bestimmung der Pseudo-Goldstone-Lücke ohne die Berücksichtigung von Wechselwirkungen erlaubt. Dies ist praktisch relevant, da es die entsprechenden Berechnungen drastisch vereinfacht, wie wir anhand von Beispielen für etliche Materialien einschließlich Er₂Ti₂O₇ demonstrieren.

J. G. Rau, P. A. McClarty, and R. Moessner,
Pseudo-Goldstone Gaps and Order-by-Quantum Disorder in Frustrated Magnets,
Phys. Rev. Lett. 121, 237201 (2018)