[论文解读] Special Transition and Extraordinary Phase on the Surface of a (2+1)-Dimensional Quantum Heisenberg Antiferromagnet

Chengxiang Ding, Wenjing Zhu+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2021

Theoretical and Computational Physics参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究通过调节表面耦合，在(2+1)维量子海森伯反铁磁体的表面实现了从普通相到异常相的直接特殊相变。异常相表现出长程反铁磁序，其异常维数为 η∥ = −0.29(1)，而特殊相变点具有独特的临界指数 yₛ = 0.82(4) 和 η∥ = −0.304(5)，为3D O(3)威尔逊-费舍尔理论定义了一个新的表面普适类。

ABSTRACT

Continuous phase transitions exhibit richer critical phenomena on the surface than in the bulk, because distinct surface universality classes can be realized for the same bulk critical point by tuning the surface interactions. The exploration of surface critical behavior provides a window looking into the higher-dimensional boundary conformal field theories. In this work, we discover a direct special transition from the ordinary phase into an extraordinary phase on the surface of a two-dimensional (2D) quantum critical Heisenberg model by tuning the surface coupling strength. The extraordinary phase has a long-range antiferromagnetic order on the surface, in sharp contrast to the logarithmically decaying spin correlations in the 3D classical O(2) and O(3) models. The anomalous dimension of the surface antiferromagnetic order in the extraordinary phase $\eta_{\parallel}=-0.29(1)$ is independent of the surface coupling strength. The special transition point also has a new set of critical exponents, $y_{s}=0.82(4)$ and $\eta_{\parallel}=-0.304(5)$, which are distinct from the special transition of the classical O(3) model and indicates a new surface universality class of the 3D O(3) Wilson-Fisher theory.

研究动机与目标

• 研究在可调表面耦合下的(2+1)维量子海森伯反铁磁体的表面临界行为。
• 确定在表面是否可能发生从普通相到异常相的直接特殊相变。
• 确定表征表面相变的临界指数和异常维数。
• 确定所观察到的相变是否属于与经典O(3)模型不同的新表面普适类。

提出的方法

• 对具有可调表面耦合强度的(2+1)维量子海森伯模型进行数值模拟。
• 通过分析表面自旋关联和长程反铁磁序来识别相变。
• 利用有限尺寸标度和标度坍缩技术提取临界指数 yₛ 和 η∥。
• 将临界指数与经典O(3)模型的临界指数进行比较，以评估普适类。

实验结果

研究问题

• RQ1 在二维量子海森伯反铁磁体的表面是否可能发生从普通相到异常相的直接特殊相变？
• RQ2 在特殊相变点，临界指数 yₛ 和 η∥ 是什么？与经典O(3)模型相比有何不同？
• RQ3 在异常相中，表面反铁磁序的异常维数 η∥ 是否与表面耦合强度无关？
• RQ4 该特殊相变是否为3D O(3)威尔逊-费舍尔理论定义了一个新的表面普适类？

主要发现

• 通过调节表面耦合强度，在表面观察到了从普通相到异常相的直接特殊相变。
• 异常相表现出长程反铁磁序，与3D经典O(2)和O(3)模型中对数衰减的关联形成对比。
• 表面反铁磁序的异常维数为 η∥ = −0.29(1)，与表面耦合强度无关。
• 特殊相变点的临界指数为 yₛ = 0.82(4) 和 η∥ = −0.304(5)，与经典O(3)模型的临界指数不同。
• 这些结果表明，3D O(3)威尔逊-费舍尔理论存在一个新的表面普适类。