A spin nematic in a strong magnetic field

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

the possibility of the existence of a spin nematic state a strong magnetic field in a ferromagnetic substance, which exhibits large biquadratic exchange interaction and has a magnetic ion with spin S = 1, is investigated within the mean field approximation. The case of both isotropic and anisotropic ferromagnet beyond the Heisenberg model is studied. The transformation of the geometric projection of a spin nematic with respect to the magnetic field strength has been studied.

全文:

受限制的访问

作者简介

Ya. Matyunina

Vernadsky Crimean Federal University

Email: yuriifridman@gmail.com
俄罗斯联邦, 295006, Simferopol', Republic of Crimea

O. Kosmachev

Vernadsky Crimean Federal University

Email: yuriifridman@gmail.com
俄罗斯联邦, 295006, Simferopol', Republic of Crimea

Yu. Fridman

Vernadsky Crimean Federal University

编辑信件的主要联系方式.
Email: yuriifridman@gmail.com
俄罗斯联邦, 295006, Simferopol', Republic of Crimea

参考

  1. Де Жен П. Физика жидких кристаллов. М.: Мир, 1977. 396 с.
  2. Andrienko D. Introduction to liquid crystals// J. Mol. Liq. 2018. V. 267. P. 520–541.
  3. Андреев А.Ф., Грищук И.А. Спиновые нематики // ЖЭТФ. 1984. Т. 87. С. 467–475.
  4. Blume M., Hsieh Y.Y. Biquadratic Exchange and Quadrupolar Ordering// J. Appl. Phys. 1969. V. 40. P. 1249.
  5. Zhitomirsky M.E. and Tsunetsugu H. Magnon pairing in quantum spin nematic// Europhys. Lett. 2010. V. 92. № 3. P. 37001.
  6. Chandra P., Coleman P. Quantum spin nematics: Moment-free magnetism// Phys. Rev. Lett. 1991. V. 66. P. 100.
  7. Chubukov A.V. Chiral, nematic, and dimer states in quantum spin chains// Phys. Rev. B. 1991. V. 44. P. 4693.
  8. Michaud F., Vernay F., Mila F. Theory of inelastic light scattering in spin-1 systems: Resonant regimes and detection of quadrupolar order//Phys. Rev. B. 2011. V. 84. P. 184424.
  9. Fradkin E., Kivelson S.A., Lawler M.J., Eisenstein J.P., Mackenzie A.P. Nematic Fermi Fluids in Condensed Matter Physics//Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 2010. V. 1. P. 153.
  10. Chu J.-H., Kuo H.-H., Analytis J.G., Fisher I.R. Divergent nematic susceptibility in an iron arsenide superconductor //Science. 2012. V. 337. P. 710.
  11. Fernandes R.M., Chubukov A.V., Schmalian J. What drives nematic order in iron-based superconductors? // Nat. Phys. 2014. V. 10. P. 97.
  12. Mila F. Closing in on a Magnetic Analog of Liquid Crystals// Physics. 2017. V. 10. P. 64.
  13. Nath R., Tsirlin A.A., Rosner H., Geibel C. Magnetic properties of BaCdVO(PO4)2: A strongly frustrated spin-12 square lattice close to the quantum critical regime // Phys. Rev. B. 2008. V. 78. P. 064422.
  14. Svistov L.E., Fujita T., Yamaguchi H., Kimura S., Omura K., Prokofiev A., Smirnov A.I., Honda Z., Hagiwara M. New high magnetic field phase of the frustrated S=1/2 chain compound LiCuVO4 // JETP Letters. 2011. V. 93. P. 24–28.
  15. Yoshida M., Nawa K., Ishikawa H., Takigawa M., Jeong M., Kr¨amer S., Horvati´c M., Berthier C., Matsui K., Goto T., Kimura S., Sasaki T., Yamaura J., Yoshida H., Okamoto Y., Hiroi Z. Slow dynamics and magnon bound states in the high-field phases of volborthite // Phys. Rev. B. 2017. V. 96. P. 180413(R).
  16. Orlova A., Green E.L., Law J.M., Gorbunov D.I., Chanda G., Kr¨amer S., Horvati´c M., Kremer R.K., Wosnitza J., Rikken G.L.J.A. Nematic Tomonaga-Luttinger Liquid Phase in an S=1/2 Ferromagnetic-Antiferromagnetic Bond-Alternating Chain // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 118. P. 247201.
  17. Povarov K.Y., Bhartiya V.K., Yan Z., Zheludev A. Thermodynamics of a frustrated quantum magnet on a square lattice // Phys. Rev. B. 2019. V. 99. P. 024413.
  18. Bhartiya V.K., Povarov K.Y., Blosser D., Bettler S., Yan Z., Gvasaliya S., Raymond S., Ressouche E., Beauvois K., Xu J., Yokaichiya F., Zheludev A. Presaturation phase with no dipolar order in a quantum ferro-antiferromagnet // Phys. Rev. Research. 2019. V. 1. P. 033078.
  19. Landolt F., Bettler S., Yan Z., Gvasaliya S., Zheludev A., Mishra S., Sheikin I., Kr¨amer S., Horvati´c M., Gazizulina A., Prokhnenko O. Presaturation phase in the frustrated ferro-antiferromagnet Pb2VO(PO4)2 // Phys. Rev. B. 2020. V. 102. P. 094414.
  20. Ranjith K.M., Landolt F., Raymond S., Zheludev A., Horvati´c M. NMR evidence against a spin-nematic nature of the presaturation phase in the frustrated magnet SrZnVO(PO4)2 // Phys. Rev. B. 2022. V. 105. P. 134429.
  21. Flavi´an D., Hayashida S., Huberich L., Blosser D., Povarov K.Y., Yan Z., Gvasaliya S., Zheludev A. Magnetic phase diagram of the linear quantum ferro-antiferromagnet Cs2Cu2Mo3O12// Phys. Rev. B. 2020. V. 101. P. 224408.
  22. Andreev A.F. and Lifshitz I.M. Quantum Theory of Defects in Crystals // Sov. Phys. JETP. 1969. V. 29. № 6. P. 1107.
  23. Gen M., Nomura T., Gorbunov D.I., Yasin S., Cong P.T., Dong C., Kohama Y., Green E.L., Law J.M., Henriques M.S., Wosnitza J., Zvyagin A.A., Cheranovskii V.O., Kremer R.K., Zherlitsyn S. Magnetocaloric effect and spin-strain coupling in the spin-nematic state of LiCuVO4 // Phys. Rev. Research. 2019. V. 1. P. 033065.
  24. Galkina E.G., Ivanov B.A., Butrim V.I. Longitudinal spin dynamics in nickel fluorosilicate // Low Temp. Phys. 2014. V. 40. P. 635.
  25. Stenger J., Inouye S., Stamper-Kurn D.M., Miesner H.-J., Chikkatur A.P., Ketterle W. Spin domains in ground-state Bose–Einstein condensates // Nature (London). 1998. V. 396. P. 345.
  26. Demler E. and Zhou F. Spinor Bosonic Atoms in Optical Lattices: Symmetry Breaking and Fractionalization // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 88. P. 163001.
  27. Космачев О.А., Фридман Ю.А., Галкина Е.Г., Иванов Б.А. Динамические свойства магнетиков со спином s=3/2 и негейзенберговским изотропным взаимодействием // ЖЭТФ. 2015. Т. 147. № 2. С. 320.
  28. Bar'yakhtar V.G., Butrim V.I., Kolezhuk A.K., and Ivanov B.A. Dynamics and relaxation in spin nematics // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. P. 224407.
  29. Бутрим В.И., Иванов Б.А., Кузнецов А.С. Критическая динамика и релаксация элементарных возбуждений нематической фазы негейзенберговского магнетика со спином S=1 //Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 92. № 3. С. 172–176.
  30. Fridman Yu.A., Kosmachev O.A., and Klevets Ph.N. Spin nematic and orthogonal nematic states in S=1 non-Heisenberg magnet // JMMM. 2013. V. 325. P. 125.
  31. Галкина Е.Г., Иванов Б.А., Космачев О.А., Фридман Ю.А. Двумерные солитоны в нематичеcкой фазе магнетиков с изотропным обменным взаимодействием // ФНТ. 2015. Т. 41. С. 490.
  32. Нагаев Е.Л. Магнетики со сложными обменными взаимодействиями. М.: Наука, 1988. 232 с.
  33. Ivanov B.A. and Kolezhuk A.K. Effective field theory for the S=1 quantum nematic // Phys. Rev. B. 2003. V. 68. P. 052401.
  34. Perelomov A.M. Generalized coherent states and some of their applications // Sov. Phys. Usp. 1977. V. 20. P. 703.
  35. Papanikolaou N. Unusual phases in quantum spin-1 systems // Nucl. Phys. B. 1988. V. 305. P. 367.
  36. Андреев А.Ф., Марченко В.И. Симметрия и макроскопическая динамика магнетиков // УФН. 1980. Т. 130. С. 39.
  37. Läuchli A., Mila F., and Penc K. Quadrupolar Phases of the S=1 Bilinear-Biquadratic Heisenberg Model on the Triangular Lattice // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 97. P. 087205.
  38. Smerald A. and Shannon N. Theory of spin excitations in a quantum spin-nematic state // Phys. Rev. B. 2013. V. 88. P. 184430.
  39. Fridman Yu.A., Kosmachev O.A., Kolezhuk A.K. and Ivanov B.A. Spin Nematic and Antinematic States in a Spin-3/2 Isotropic Non-Heisenberg Magnet // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 106. P. 097202.
  40. Матвеев В.М. Квантовый квадрупольный магнетизм и фазовые переходы при биквадратном обмене // ЖЭТФ. 1973. Т. 65. С. 1626.
  41. Zvyagin A.A. and Slavin V.V. Spin nematic ordering in the spin-1 chain system // Phys. Rev. B. 2022. V. 106. P. 054429.
  42. Zvyagin A.A., Slavin V.V. and Zvyagina G.A. Manifestation of spin nematic ordering in the spin-1 chain system // Phys. Rev. B. 2023. V. 107. P. 134421.
  43. Bhattacharjee Subhro, Shenoy Vijay B. and Senthil T. Possible ferro-spin nematic order in NiGa2S4 // Phys. Rev. B. 2006. V. 74. P. 092406.
  44. Chattopadhyay S., Lenz B., Kanungo S., Sushila, Panda S.K., Biermann S., Schnelle W., Manna K., Kataria R., Uhlarz M., Skourski Y., Zvyagin S.A., Ponomaryov A., Herrmannsdörfer T., Patra R., and Wosnitza J. Pronounced 2/3 magnetization plateau in a frustrated S=1 isolated spin-triangle compound: Interplay between Heisenberg and biquadratic exchange interactions // Phys. Rev. B. 2019. V. 100. P. 094427.
  45. Jiang Shengtao (蒋晟韬), Romhányi Judit, White Steven R., Zhitomirsky M.E., and Chernyshev A.L. Where is the Quantum Spin Nematic? // Phys. Rev. Lett. 2023. V. 130. P. 116701.
  46. Sizanov A.V. and Syromyatnikov A.V. Spin nematic states in antiferromagnets containing ferromagnetic bonds // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. P. 014410.
  47. Rabuffo Ileana, De Cesare Luigi, D’Auria Alvaro Caramico, and Mercaldo Maria T. Devlin-like approach to a spin-1 transverse XY model with biquadratic exchange and single-ion anisotropy // Eur. Phys. J. B. 2019. V. 92. P. 154.
  48. Tanaka Katsuhiro and Hotta Chisa. Finite-temperature thermodynamic properties of spin-1 nematics in an applied magnetic field // Phys. Rev. B. 2020. V. 102. P. 140401(R).
  49. Вальков В.В. Унитарные преобразования группы U(N) и диагонализация многоуровневых гамильтонианов // ТМФ. 1988. Т. 76. С. 143.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. An infinitely thin disk.

下载 (31KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Biaxial ellipsoid 〈(S z)2〉 > 〈(S y)2〉 > > 〈(S x)2〉.

下载 (41KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Biaxial ellipsoid 〈(S x)2⟩ > ⟨(S y)2⟩ > > ⟨(S z)2⟩.

下载 (39KB)
索引源数据


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».