Magnetization plateaux and bound states of the Shastry–Sutherland model for SrCu₂(BO₃)₂

摘要

In this paper, we briefly review our recent studies of the Heisenberg anti-ferromagnet on the Shastry–Sutherland lattice for SrCu₂(BO₃)₂ under magnetic fields. Treating magnetic excitations promoted by the field as Bose particles and using a strong-coupling expansion, we derived an effective Hamiltonian for the magnetic particles. Anisotropic repulsive interactions between particles induce "insulating" states with a stripe spin-density wave structure at magnetization m/m_sat = 1/3 and with a checkerboard structure at 1/2, and thereby form magnetization plateaux. We also demonstrated how the unique geometry of the Shastry–Sutherland lattice affects dynamical properties and makes a novel type of quintuplet (S = 2) bound states condense for very small magnetization. PACS Nos.: 75.50-y, 75.60Ej, 75.10JmNous passons ici en revue nos études récentes sur les systèmes antiferromagnétiques de Heisenberg sur réseau de Shastry–Sutherland pour du SrCu₂(BO₃)₂ en présence d'un champ magnétique. Traitant les excitations magnétiques générées par le champ comme étant des bosons et utilisant une expansion en couplage fort, nous obtenons un Hamiltonien efficace pour les particules magnétiques. Les interactions anisotropiques répulsives entre les particules induisent des états isolants avec une structure à rayures SDW et une magnétisation m/m_sat = 1/3, alors qu'elle est en damier à m/m_sat = 1/2, de ce fait, formant des plateaux magnétiques. Nous montrons aussi comment la géométrie unique du réseau de Shastry–Sutherland influence les propriétés dynamiques et cause la condensation d'un nouvel état quintuplet lié (S = 2) à de petites valeurs de la magnétisation. [Traduit par la Rédaction]