Nuestro objetivo general es el estudio de las propiedades magnéticas y eléctricas de los aisladores de Mott, dopados o no, en presencia de frustración magnética y cinética. Nuestro interés central es el entendimiento de aquellos estados cuánticos de la materia que no pueden ser descriptos mediante los paradigmas convencionales tales como la teoría de líquido de Fermi o la teoría de ondas de espín. Estos estados cuánticos se manifiestan, por ejemplo, a través de:
Uno de los escenarios propuestos para describir estos fenómenos es la estabilización de estados cuánticos con excitaciones fraccionarias de baja energía. Dicho fenómeno de fraccionalización ha sido observado y muy bien descripto teóricamente en el contexto del efecto Hall cuántico fraccionario; mientras que en los aisladores de Mott dopados y frustrados todavía no se ha encontrado evidencia directa de fraccionalización (2D), ni teórica ni experimental.
Resultados recientes
New Journal of Physiscs 14, 123033 (2012)
Low temperature properties of the triangular-lattice antiferromagnet: A bosonic spinon theory.
A Mezio, L O Manuel, R R P Singh and A E Trumper
Europhysics Letters 94, 47001 (2011)
A test of the bosonic spinon theory for the triangular antiferromagnet spectrum
A. Mezio, C. N. Sposetti, L. O. Manuel and A. E. Trumper
Breve Introducción
Existe un firme consenso en la comunidad de que el estado fundamental del modelo de Heisenberg antiferromagnético de spin ½ en una red triangular tiene un orden de Néel de 120 °. Esto ha sido respaldado tanto numéricamente como por descripciones semiclásicas como la teoría de onda de spin lineal (LSWT) o por el modelo efectivo de teoría de campos sigma no lineal (NLσM) . Sin embargo, surgen dos problemas: (i) el espectro de temperatura cero predicho por las expansiones en series tiene una fuerte renormalización con respecto a la dispersión de la LSWT, junto con la aparición de mínimos rotónicos en los puntos medios de los bordes de la zone de Brillouin y (ii) la entropía predicha por expansiones de alta temperatura alrededor de T = 0,25 J es un orden de magnitud mayor que la encontrada por el NLσM. Los intentos de explicar el origen de las excitaciones rotonicas van desde una hipótesis de espinones fermiónicos a una de magnones fuertemente interactuantes, mientras que los altos valores de la entropía fueron atribuidos a un probable crossover, a temperatura finita, desde una fase clásica renormalizada a un régimen crítico cuántico.
Figure 1. Entropy versus temperature: predictions of the non linear sigma model (NLM), high temperature expansion (HTE) and the present reconstructed Schwinger boson mean eld theory (RSBMF).
Principales resultados
En este trabajo ofrecemos una solución global de estos dos problemas desde una perspectiva espinones bosónicos basado en la teoría de campo medio de bosones de Schwinger. Aquí las excitaciones de baja energía de spin-1 se pueden interpretar como un par de espinones fuertemente ligados en torno a los modos de Goldstone, mientras a altas energías dicho par de espinones se encuentra débilmente ligado. Uno de los resultados más relevantes es que derivamos el espectro de energía correcto e identificamos las excitaciones no físicas provenientes de la relajación de las restricción local del número de bosones por sitio. Esto nos permite reconstruir una energía libre que recupera resultados muy confiables para la entropía, la susceptibilidad uniforme y el calor específico. En particular, los altos valores de entropía pueden estar relacionados con la contribución de las excitaciones rotonicas.
Figure 2. Magnetic dynamical structure factor within the Schwinger boson mean eld (Intensity curves); LSWT results (solid green line); series expansion results (blue dots). The reconstructed dispersion relation is the red-yellow intensity curve. The intensity scale is logarithmic
Implicancias generales
La simplicidad del cálculo abre una ruta alternativa para analizar propiedades de bajas temperaturasas y futuros experimentos de dispersión inelástica de neutrones en compuestos magnéticamente frustrados desde una perspectiva de espinones bosónicos.