В последнее время в связи с задачей о высокотемпературной сверхпроводимости большое внимание исследователей привлекают квазидвумерные квантовые системы. В некоторых из них, например в CaV₄O₉ или SrCu₂(BO₃)₂, при низких температурах наблюдается резкое падение магнитной восприимчивости. Такое поведение связывается с формированием синглетной фазы. Одним из механизмов индуцирования этой фазы может служить магнитоупругое взаимодействие (МУВ). Т.е. по сути, в этих магнетиках наблюдается двумерный аналог спин-Пайерлсовского перехода [1]. В работе [2] был изучен переход в синглетную фазу при плакетной деформации квадратной решетки, вызываемой МУВ. При этом спектр возбуждений плакетно-деформированного квантового 2D магнетика являлся щелевым. Величина этой щели связывается с исходными взаимодействиями магнетика и может зависеть от внешних условий, в частности, от магнитного поля.

Эта работа посвящена изучению влияния магнитного поля на двумерный квантовый фрустрированный магнетик S=1/2 с антиферромагнитным типом обменных взаимодействий и магнитоупругой связью. Проанализировано подавление плакетно-деформированной синглетной фазы со щелью в спектре элементарных возбуждений (spin-gap фазы) внешним магнитным полем.

Задача рассмотрена в рамках гейзенберговской фрустрированной модели на квадратной решетке. Использованием идеологии атомного представления позволяет при наличии деформации перейти к плакетной теории возмущений (более сильные внутриплакетные взаимодействия учитываются точно, а межплакетные в приближении среднего поля). При этом учитывается, что в магнитной фазе под действием магнитного поля происходит скос подрешеток антиферромагнетика в направлении поля, с возникновением двух проекции спина – σ_x и σ_z, вычисляемых самосогласованным образом.

На базисе всех 16 одноплакетных состояний, получена и диагонализована квадратичная форма, определяющая спектр коллективных возбуждений плакетно-деформированного квантового фрустрированного магнетика как в синглетном состоянии, так и в антиферромагнитном. В spin-gap фазе низкоэнергетическую часть спектра определяет триплет, который, в отсутствие магнитного поля, является вырожденным. При включении магнитного поля триплет расщепляется и происходит уменьшение щели. В точке перехода в магнитную фазу спектр становится бесщелевым и остается таковым в скошенной фазе.

Определена зависимость плакетной деформации от магнитного поля. Исследована зависимость критического магнитного поля от величины фрустрации и интенсивности магнитоупругой связи. Поскольку присутствие фрустрированных взаимодействий способствуют образованию синглетного состояния, то при фиксированном значении упругости решетки увеличение интенсивности фрустракций приводит к увеличению критического магнитного поля.

На основе численных расчетов построена фазовая диаграмма, определяющая области реализации магнитной и синглетной фаз с плакетно-деформированной структурой расположения спиновых моментов с учетом магнитного поля.

1. Буздин А.И., Булаевский Л.Н., УФН, 131, вып. 3, 495 (1980)
2. Вальков В.В., Мицкан В.А., Петраковский Г.А., ЖЭТФ, 129, №2 (2006)

Презентация доклада

Фоторепортаж