[論文レビュー] Thermodynamic Spin Glass Phase Induced by Weak Random Exchange Disorder in a Classical Spin Liquid: the Case of the Pyrochlore Heisenberg Antiferromagnet

Ka-Ming Tam, A. Hitchcock+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2010

Theoretical and Computational Physics被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、大規模なモンテカルロシミュレーションから、ペロブスカイト格子上の古典的スピン液体における弱いランダム反強磁性交換無秩序が有限温度の熱力学的スピンガラス相を誘起することを強く示す数値的証拠を提供する。研究では、無限に弱い無秩序でさえもスピンガラス転移を安定化させることを示し、Y₂Mo₂O₇で観測されたスピンガラス行動のメカニズムを提示する。

ABSTRACT

The glassy behavior observed in the pyrochlore magnet Y2Mo2O7, where the magnetic Mo^{4+} ions interact predominantly via isotropic nearest neighbor antiferromagnetic exchange, possibly with additional weak disorder, is a distinct class of spin glass systems where frustration is mostly geometrical. A model proposed to describe such a spin glass behavior is the Heisenberg model on a pyrochlore lattice with random but strictly antiferromagnetic exchange disorder. In this paper, we provide compelling numerical evidence from extensive Monte Carlo simulations which show that the model exhibits a finite temperature spin glass transition and thus is a realization of a spin glass induced by random weak disorder from spin liquid. From our results, we are led to suggest that the spin glass state of Y2Mo2O7 is driven by effective strong disorder.

研究の動機と目的

• 古典的スピン液体における弱いランダム交換無秩序が熱力学的スピンガラス相を誘起するかどうかを特定すること。
• 従来の強磁性/反強磁性相互作用を欠くY₂Mo₂O₇におけるスピンガラス行動の起源に関する論争を解消すること。
• 弱い無秩序を有するペロブスカイトヘイゼンベルグ模型が真の有限温度スピンガラス転移を示すかどうかを検証すること。
• 最新のシミュレーション技術を用いて、スピンガラス転移の臨界温度および臨界指数を確立すること。

提案手法

• 最大16L³スピン（L = 4, 6, 8）の有限サイズペロブスカイト格子を用いた、広範なモンテカルロ手法による数値的シミュレーション。
• 平衡化とサンプリング効率を向上させるために、並列温度法およびオーバー-relaxationスイープを採用。
• スピンガラス転移を検出するために、エドワーズ＝アンドリューススピンガラス秩序パラメータおよび感受率を用いる。
• 有限サイズスケーリングとして、ξ/L法およびχスケーリングを適用し、臨界温度および指数を抽出。
• スピンガラス秩序とは異なる、ねじれ秩序パラメータおよびその感受率を定義し、ねじれガラス秩序を調べる。
• 3次元エドワーズ＝アンドリュースヘイゼンベルグスピンガラス模型と比較することで、熱力学的相転移の存在を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ペロブスカイト格子上の古典的スピン液体における弱いランダム反強磁性交換無秩序が、有限温度のスピンガラス相を誘起するか？
• RQ2 弱い無秩序が存在する場合のスピンガラス転移の臨界温度は何か？
• RQ3 この転移の臨界指数は、3次元エドワーズ＝アンドリュースヘイゼンベルグスピンガラス模型のものと整合的か？
• RQ4 Y₂Mo₂O₇におけるスピンガラス状態は、事前に存在する古典的スピン液体における弱い無秩序によって説明可能か？
• RQ5 観測されたガラス的挙動は、初期の弱い結合強度にもかかわらず、有効な強い無秩序によって駆動されているのか？

主な発見

• ξ/Lスケーリングを用いた結果、臨界温度T_SG ≈ 0.0157 J₀の有限温度スピンガラス転移を示し、熱力学的相転移と整合的である。
• スピンガラス感受率スケーリングからT_SG ≈ 0.0126 J₀、臨界指数ν_SG ≈ 1.024が得られ、連続的転移であることを示唆する。
• ねじれガラス転移温度T_CG1 ≈ 0.0134 J₀およびT_CG2 ≈ 0.0139 J₀はスピンガラス転移と整合的であり、両者の転移が一致する可能性を示唆する。
• 臨界指数ν_SG ≈ 1.024およびη_SG ≈ -0.292は、3次元エドワーズ＝アンドリュースヘイゼンベルグスピンガラス模型の値と良好に一致する。
• ねじれ感受率スケーリングからη_CG1 ≈ 0.621およびη_CG2 ≈ 0.698が得られ、安定したガラス的相の存在をさらに支持する。
• 本結果は、弱い無秩序が古典的スピン液体に熱力学的スピンガラス相を誘起できることを強く示す数値的証拠を提供し、Y₂Mo₂O₇系における長年の曖昧さを解消する。