The Heisenberg antiferromagnet on the square-kagomé lattice

• Published in: Condensed Matter Physics
• Date: 2009
• Main Authors: Richter, J., Schulenburg, J., Tomczak, P., Schmalfuß, D.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Інститут фізики конденсованих систем НАН України 2009
• Online Access: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/120287
• Journal Title: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Cite this: The Heisenberg antiferromagnet on the square-kagomé lattice / J. Richter, J. Schulenburg, P. Tomczak, D. Schmalfuß // Condensed Matter Physics. — 2009. — Т. 12, № 3. — С. 507-517. — Бібліогр.: 72 назв. — англ.

We discuss the ground state, the low-lying excitations as well as high-field thermodynamics of the Heisenberg antiferromagnet on the two-dimensional square-kagom´e lattice. This magnetic system belongs to the class of highly frustrated spin systems with an infinite non-trivial degeneracy of the classical ground state as it is also known for the Heisenberg antiferromagnet on the kagom´e and on the star lattice. The quantum ground state of the spin-half system is a quantum paramagnet with a finite spin gap and with a large number of non-magnetic excitations within this gap. We also discuss the magnetization versus field curve that shows a plateaux as well as a macroscopic magnetization jump to saturation due to independent localized magnon states. These localized states are highly degenerate and lead to interesting features in the low-temperature thermodynamics at high magnetic fields such as an additional low-temperature peak in the specific heat and an enhanced magnetocaloric effect. Ми обговорюємо основний стан, низьколежачi збудження, а також термодинамiку у сильному полi антиферомагнетика Гайзенберга на двовимiрнiй ґратцi квадратне кагоме. Ця магнiтна система належить до класу сильно фрустрованих спiнових систем з безмежним нетривiальним виродженням класичного основного стану, так само, як i антиферомагнетик Гайзенберга на ґратцi кагоме i на ґратцi зiрка. Квантовий основний стан спiн-половина системи є квантовим парамагнетиком iз скiнченою спiновою щiлиною та великим числом немагнiтних збуджень всерединi щiлини. Ми також обговорюємо криву намагнiченiсть-поле, у якiй є плато та макроскопiчний стрибок намагнiченостi до значення насичення через стани, що називаються незалежними локалiзованими магнонами. Цi локалiзованi стани є сильно виродженими та зумовлюють цiкавi риси низькотемпературної термодинамiки у сильному магнiтному полi, такi як додатковий низькотемпературний пiк у теплоємностi i посилений магнiтокалоричний ефект.