Квантовый димерный магнит

В физике конденсированного состояния магнитное состояние квантового димера — это состояние, в котором квантовые спины в магнитной структуре переплетаются, образуя синглетное состояние . Эти запутанные спины действуют как бозоны , а их возбужденные состояния (триплоны) могут подвергаться бозе-эйнштейновской конденсации (БЭК). Система квантовых димеров была первоначально предложена Мацубарой и Мацудой как отображение решеточного бозе-газа в квантовый антиферромагнетик . Квантовые димерные магниты часто путают с твердыми телами с валентной связью ; однако твердое тело с валентной связью требует нарушения трансляционной симметрии и димеризации спинов. Напротив, квантовые димерные магниты существуют в кристаллических структурах , где трансляционная симметрия по своей природе нарушена. Существует два типа моделей квантовых димеров: модель XXZ и модель слабосвязанных димеров. Основное отличие заключается в режиме, в котором может происходить БЭК. Для модели XXZ (обычно называемой магнонным БЭК) БЭК возникает при охлаждении без магнитного поля и проявляется в виде симметричного купола на фазовой диаграмме зависимости поля от температуры с центром около H = 0. Модель слабосвязанного димера не делает не магнитный порядок в нулевом магнитном поле, а порядок после закрытия спиновой щели, где начинается режим БЭК и представляет собой купол с центром в ненулевом поле.

Считается, что системы квантовых димеров представляют интерес из-за их относительно простых взаимодействий, а их состояние БЭК представляет интерес как новая площадка для тестирования физики БЭК. Кроме того, считается, что состояние BEC квантового димерного магнита представляет собой спиновую сверхтекучую жидкость , которая может обеспечить передачу спиновой информации на большие расстояния без потерь.

Конденсация Бозе-Эйнштейна в модели слабосвязанного димера

Конденсация Бозе-Эйнштейна в квантовых димерных системах по своей сути представляет собой индуцированное полем магнитоупорядоченное состояние, возникающее в результате зеемановского расщепления триплетных состояний. Бозоны бозе-эйнштейновского конденсата можно рассматривать как компоненту спина, параллельную приложенному магнитному полю, достигающую максимума, когда спины поляризуются полем. Разница между бозе-эйнштейновской конденсацией и типичным упорядоченным состоянием заключается в спонтанном нарушении симметрии спина U(1) (т.е. круговой симметрии, поперечной приложенному магнитному полю). Это спонтанное нарушение симметрии приводит к появлению бозона Голдстоуна , который можно измерить с помощью неупругого рассеяния нейтронов (среди других методов).