- Построена теория примесного спина в квази-2D упорядоченном АФ при Т <С Tn, симметрично связанного с двумя соседними спинами АФ. Найдены выражения для динамической восприимчивости примеси в первых порядках по константе связи. Исследовано влияние конечной концентрации вырожденных примесей на низкоэнергетические свойства АФ. Обнаружено сильное затухание длинноволновых магнонов, пропорциональное их энергии и вызванное взаимодействием спиновых волн с примесями. Полученные результаты могут быть применены к другим системам с вырожденными или слабо расщепленными примесями и соответствующими спектральными функциями.
- Предложен метод вычисления спектра коротковолновых элементарных возбуждений в 2D АФ при Т = 0 вблизи ККТ по магнитному полю Н. Метод позволяет находить спектр в главном порядке по малому параметру (Нс - Н)/Нс, где Нс - поле насыщения. Этим методом вычислен спектр коротковолновых магнонов в 2D АФ со спином 1/2 в магнитном поле Н > 0.9НС в главном порядке по (Нс - Н)/Нс. Результаты не подтвердили существования неустойчивости магнонов почти во всей зоне Бриллюэна, обнаруженную ранее с помощью 1/5-разложения. Метод может быть использован при рассмотрении 2D бозе-газов и других 2D магнитных систем.
- Исследовано явление БЭК магнонов в магнетиках с основным ферромагнитным взаимодействием, которые эквивалентны разреженному бозе-газу в окрестности ККТ по магнитному полю. Показано, что эффективное взаимодействие между магнонами в этих системах мало. Это позволяет, в частности, аналитически найти кроссовер в зависимости критической температуры от поля в квази-низкоразмерных системах такого типа.
- Изучена доменная фаза в 2D ФМ с сильной анизотропией и ди-польными силами, возникающая в сильном магнитном поле. Получена зависимость периода доменной структуры и ее профиля от величины магнитного поля.
- Вычислен спектр спиновых волн в 2D и 3D ФМ Гейзенберга с дипольными силами при Т <С Тс. Показано, что квантовые и температурные флуктуации приводят к щели в спектре магно-нов. Это обстоятельство снимает обнаруженную ранее проблему инфракрасных расходимостей в выражениях для наблюдаемых в 3D ФМ и приводит к конечному времени жизни магнонов в 2D ФМ. Обнаружено аномально сильное затухание длинноволновых магнонов в 3D ФМ, которое не согласуется с концепцией элементарных возбуждений. Показано, что причиной столь сильного подавления длинноволновых магнонов является дальнодействую-щий характер дипольных сил. Показано, что магноны являются хорошо определенными квазичастицами в квантовом 2D ФМ, а в классическом 2D ФМ часть длинноволновых магнонов имеют аномально сильное затухание. Таким образом, установлено первое ограничение концепции элементарных возбуждений в магнитных системах.
- Вычислен спектр спиновых волн в 2D АФ на квадратной решетке при Т = 0 в третьем порядке по 1/S. Показано, что в противоположность многим другим величинам, характеризующим систему, квантовая перенормировка спектра в окрестности точки к = (тт, 0) для S ~ 1 описывается медленно сходящимся 1/5-рядом. В случае S = 1/2 поправки третьего порядка улучшают согласие с недавними экспериментальными и численными работами.
- Рассмотрены 2D и 3D АФ в слабом магнитном поле Я. Показано, что в выражениях для собственно энергетических частей в первом порядке по 1/S возникают инфракрасно расходящиеся члены, которые сокращаются в выражениях для спектра спиновых волн и для всех спиновых функций Грина (СФГ) кроме киральных. В ки-ральных СФГ, возникающих в магнитном поле, сокращение оказывается неполным, и первая поправка по 1/S к ним расходится при Н -> 0. Таким образом, установлено, что происходит сильная перенормировка киральных СФГ, и для ее изучения необходим анализ всего l/S-ряда.
[2] Manousakis E. The spin-1/2 Heisenberg antiferromagnet on a square lattice and its application to the cuprous oxides // Rev. Mod. Phys. -1991.-Vol. 63, no. 1.-P. 1.
[3] Christensen N. В., Ronnow H. M., McMorrow D. F. et al; Quantum dynamics and entanglement of spins on a square lattice // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.- 2007. -Vol. 104.-P. 15264.
[4] Zhitomirsky M. E., Chernyshev A. L. Instability of Antiferromagnetic Magnons in Strong Fields // Phys. Rev. Lett. - 1999. - Vol. 82. -P. 4536.
[5] Stone M. В., Zaliznyak I. A., Hong T. et al; Quasiparticle breakdown in a quantum spin liquid // Nature.- 2006.- Vol. 440, no. 7081.-Pp.187-190.
[6] Kolezhuk A., Sachdev S. Magnon Decay in Gapped Quantum Spin Sys-tems // Phys. Rev. Lett. - 2006. - Vol. 96, no. 8. - P. 087203.
[7] Zhitomirsky M. E. Decay of quasiparticles in quantum spin liquids // Phys. Rev. B. - 2006. - Vol. 73, no. 10. - P. 100404.
[8] Masuda Т., Zheludev A., Manaka H. et al; Dynamics of Composite Haldane Spin Chains in IPA - CuCl3 // Phys. Rev. Lett. - 2006. -Vol. 96, no. 4. - P. 047210.
[9] Masuda Т., Kitaoka S., Takamizawa S. et al; Instability of magnons in two-dimensional antiferromagnets at high magnetic fields // Phys. Rev. B. - 2010. - Vol. 81, no. 10. - P. 100402.
[10] Абрикосов А. А., Горькое Л. П., Дзялошинский И. Е. Методы квантовой теории поля в статистической физике. — Москва: Доб-росвет, 1998. - 514 с.
[11] Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика, часть 2.-Москва: Наука, 1978. - 448 с.
[12] Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В. Спиновые волны. - Москва: Физматлит, 1967. - 368 с.
[13] De´Bell К., Maclsaac А. В., Whitehead J. P. Dipolar effects in magnet¬ic thin films and quasi-two-dimensional systems // Rev. Mod. Phys. -2000. - Vol. 72. - P. 225.
[14] Jensen P. J., Bennemann К. Н. Magnetic structure of films: De¬pendence on anisotropy and atomic morphology // Surf. Sci. Rep. -2007.-Vol. 61.-P. 129.
[15] Giamarchi Т., Ruegg G, Tchernyshyov O. Bose-Einstein condensation in magnetic insulators // Nature Physics. - 2008. - Vol. 4. - P. 198.
[16] Leggett A. J., Chakravarty S., Dorsey A. T. et al; Dynamics of the dissipative two-state system // Rev. Mod. Phys. - 1987. - Vol. 59, no. 1.-Pp. 1-85.
[17] Nagaosa N., Hatsugai Y., Imada M. Spin Wave Theory of the Two-Dimensional Heisenberg Antiferromagnet Coupled with Localized Holes // J. Phys. Soc. Jpn. - 1989. - Vol. 58. - P. 978.
[18] Sushkov O. P. Long-range dynamics related to magnetic impurities in the two-dimensional Heisenberg antiferromagnet // Phys. Rev. B. -2003. - Vol. 68. - P. 094426.
[19] Sachdev S., Vojta M. Quantum impurity in an antiferromagnet: Non¬linear sigma model theory // Phys. Rev. В.- 2003.- Vol. 68.-P. 064419.
[20] Шепдер Е. Ф. Антиферромагнитные гранаты с флуктуационно взаимодействующими подрешетками // ЖЭТФ. — 1982. — Т. 83, №7.-С. 326.
[21] Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. -Москва: Наука, 1992. - 664 с.
[22] Toperverg В. P., Yashenkin A. G. Transverse and longitudinal suscep-tibilities of a Heisenberg ferromagnet with dipolar forces below Tc // Phys. Rev. B. - 1993. - Vol. 48. - P. 16505.
[23] Rahman T. S., Mills D. L. Spin-wave renormalization in exchange-and dipolar-coupled ferromagnets: Bulk spin waves and the Damon-Eshbach surface spin wave // Phys. Rev. В.- 1979.- Vol. 20.-P. 1173.
[24] Малеев С. В. Дипольные силы в двумерных и слоистых ферромаг-нетиках // ЖЭТФ. - 1976. - Т. 70. - С. 2374.
[25] Батыев Э. Г., Брагинский Л. С. Антиферромагнетик в сильном магнитном поле: аналогия с бозе-газом // ЖЭТФ.- 1984.-Т. 87.-С. 1361.
[26] Erickson R. P., Mills D. L. Magnetic instabilities in ultrathin ferro¬magnets // Phys. Rev. B. - 1992. - Vol. 46. - P. 861.
[27] Yafet Y., Gyorgy E. M. Ferromagnetic strip domains in an atomic monolayer // Phys. Rev. B. - 1988. - Vol. 38. - P. 9145.
[28] Igarashi J., Nagao T. l/S-expansion study of spin waves in a two-dimensional Heisenberg antiferromagnet // Phys. Rev. B. - 2005. -Vol. 72. - P. 014403.
Список публикаций по теме диссертации
1.A.V. Syromyatnikov, S.V. Maleyev, ”Spin-wave interaction in two- and three-dimentioanl antiferromagnets in a weak magnetic field”, Phys. Rev. B 65, 012401 (2001) [4 pages]
2.A.V. Syromyatnikov, S.V. Maleyev, ”Nuclear-magnetic interference in the inelastic scattering of polarized neutrons in a dipolar ferromagnet”, Physica B 297, 82 – 86 (2001)
3.A.V. Syromyatnikov, S.V. Maleyev, ”Frustrated two-level impurities in two-dimensional antiferromagnet”, Phys. Rev. B 72, 174419 (2005) [17 pages]
4.A.V. Syromyatnikov, S.V. Maleyev, ”Frustrated impurity spins in ordered two-dimensional quantum antiferromagnets”, Phys. Rev. B 74, 184433 (2006) [14 pages]
5.A.V. Syromyatnikov, ”Renormalization of the spin-wave spectrum in three-dimensional ferromagnets with dipolar interaction”, Phys. Rev. B 74, 014435 (2006) [9 pages]
6.A.V. Syromyatnikov, ”Bose-Einstein condensation of magnons in magnets with predominant ferromagnetic interaction”, Phys. Rev. B 75, 134421 (2007) [7 pages]
7.A.V. Syromyatnikov, ”Spin-wave interaction in two-dimensional ferromagnets with dipolar forces”, Phys. Rev. B 77, 144433 (2008) [15 pages]
8.A.V. Syromyatnikov, ”Instability of the collinear phase in two-dimensional ferromagnet in strong in-plane magnetic field”, J. Phys.: Condens. Matter 21, 216009 (2009) [10 pages]
9.A.V. Syromyatnikov, ”Collective excitations in a two-dimensional antiferromagnet in a strong magnetic field”, Phys. Rev. B 79, 054413
(2009)[6 pages]
10.A.V. Syromyatnikov, ”Spectrum of short-wavelength magnons in two- dimensional quantum Heisenberg antiferromagnet on a square lattice: third order expansion in 1/S”, J. Phys.: Condens. Matter 22, 216003
(2010)[7 pages]
11.A.V. Syromyatnikov, ”Anomalously large damping of long-wavelength quasiparticles caused by long-range interaction”, Phys. Rev. B 82, 024432 (2010) [9 pages]