Töltés, spin és pálya szabadsági fokokkal rendelkező frusztrált elektronrendszerek egzotikus fázisai és gerjesztései = Exotic phases and excitation in frustrated electron systems with charge, spin and orbital degrees of freedom

摘要

Erősen frusztrált töltés- és spin-rendszereket vizsgáltunk piroklór rácson, melyekben az alapállapot makroszkopikusan elfajult. Valamint a másodlagos kölcsönhatások szerepét ezen elfajulás feloldásában. - Meghatároztuk egy korrelált elektronrendszer fázisdiagramját planáris piroklór rácson. Negyed-betöltésnél az alapállapot rezonáló szinglett kristály. Dópolás hatására szupravezetővé válik. - Megmutattuk, hogy a kvantum-dimer modellben gyémántrácson (ill. korrelált spinnélküli-fermion modellben piroklór rácson) résnélküli folyadék állapot jön létre véges paramétertartományban. - A króm-spinelekben észlelt feles mágnesezettségi plató megértéséhez vezethet a klasszikus bilineáris-bikvadratikus Heisenberg-modell tanulmányozása piroklór rácson. Megvizsgáltuk a plató stabilitásának feltételeit. Monte-Carlo szimuláció segítségével feltérképeztük a modell fázisdiagramját a hőmérséklet és mágneses tér függvényében, valamint felvázoltuk a mágnesezettség és szuceptibilitás hőmérsékletfüggését. Egymással versengő kölcsönhatások is vezethetnek frusztrációhoz: - Feltérképeztük a bilineáris-bikvadratikus egyes-spinű háromszögrács Heisenberg-modell fázisdiagramját mágneses térben, különös tekintettel a kvadrupoláris fázisokra és azok gerjesztéseire. - Megmutattuk, hogy a Dzjaloshinskij-Moriya kölcsönhatás lényegesen megváltoztatja a feles-spinű Heisenberg létrák fázisdiagramját mágneses térben. | We studied highly frustrated charge and spin pyrochlore systems, where the ground state is macroscopically degenerate, and the effects of secondary interactions in lifting this degeneracy: - We determined the phase diagram of a correlated electronic model on the planar pyrochlore lattice. At quarter filling the ground state is a resonating singlet-pair crystal. Upon doping, we found an extended window for superconducting pairing. - We have shown that the quantum dimer model on diamond lattice (i.e. correlated spinless fermion problem on the pyrochlore lattice) can support a gapless liquid state in a finite parameter range. - The classical bilinear-biquadratic Heisenberg model on pyrochlore lattice is a good starting point to understand the half-magnetization plateau in chromium spinels. We have deduced the criteria for a stable plateau. Monte-Carlo simulation revealed the finite-temperature phase diagram in magnetic field, and the temperature dependence of the magnetization and susceptibility. Frustration can also be introduced by competition between different interaction terms: -We have mapped out the phase diagram of the spin-one bilinear-biquadratic Heisenberg model on the triangular lattice in a magnetic field, with emphasis on the quadrupolar phases and their excitations. -We show that Dzyaloshinskii-Moriya interactions can substantially modify the phase diagram of spin-1/2 Heisenberg ladders in a magnetic field.