07.09.2020
Forschung: Pyrochlor-S=1/2 Heisenberg-Antiferromagnet bei endlicher Temperatur
Die Figur zeigt die spezifische Wärme (rote Line, pyrochlore Euler n = 8) und Entropie (im Einschub) im thermodynamischen Limes und vergleicht die Ergebnisse mit experimentellen Daten eines Spin 1 Pyrochlor-Materials mit guten quantitativen Übereinstimmungen.
Viele in der Natur vorkommende Kristalle, wie NaCaNi2F7, weisen ein dreidimensionales Pyrochlor-Gitter auf.
Quanten-Pyrochlor-Magnete sind äußerst komplex und stellen hohe Herausforderungen an die Theorie, da verlässliche Größenskalierungen fehlen und die Komplexität mit der Größe des Gitters exponentiell ansteigt. Daher sind viele Fragen im Tieftemperaturbereich oder bezüglich des Grundzustandes unbeantwortet.
Charakteristisch ist die tetraedrische Einheitszelle, welche in Kombination mit anti-ferromagnetischen Kopplungen geometrische Frustration induziert. Dies ist ein typisches Phänomen bei Quanten-Magneten. Daher kann das System nicht alle Kopplungen gleichzeitig befriedigen und es gibt keinen eindeutigen Zustand mit minimaler Energie, was eine hohe Entartung des Grundzustandes im klassischen Modell induziert.
In unserer Arbeit kombinieren wir komplexe Algorithmen mit umfassenden numerischen Rechnungen, um die thermodynamischen Eigenschaften des Quanten-Antiferromagneten (S=1/2) zu untersuchen. Durch einen systematischen Aufbau des Pyrochlors von Tetraedern können wir grundlegende Eigenschaften wie Energie, spezifische Wärme, Magnetisierung und Entropie bestimmen.
R. Schäfer, I. Hagymási, R. Moessner, D. J. Luitz,
Pyrochlore S=1/2 Heisenberg antiferromagnet at finite temperature,
Phys. Rev. B 102, 054408 (2020)