Thermodynamik frustrierter Spingitter mit flachen Bändern

• Antragsteller: Professor Dr. Johannes Richter; Professor Dr. Jürgen Schnack
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449703145

Das zentrale Ziel dieses Projektes besteht in der Berechnung und anschließenden Analyse von thermodynamischen Eigenschaften frustrierter Quantenspingitter für so große Gitter wie numerischmöglich. Wir sind überzeugt, dass für ein solches Projekt jetzt der richtige Zeitpunkt ist, da wir in unserem Team die nötigen Voraussetzungen geschaffen haben: Erfahrung mitfrustrierten Quantenspingittern, Erfahrung mit der finite-temperature-Lanczos-Methode sowie ein direkter Zugriff auf das Programm spinpack. Dieses Programm versetzt uns in die Lage, denneuen Supercomputer supermuc-ng am Leibniz-Rechenzentrum in Garching mit der maximalen Zahl an Rechenknoten zu nutzen; das sind 3076 Knoten mit zusammen 147,648 Rechenkernen.Konkret wollen wir die thermodynamischen Eigenschaften des Heisenberg-Antiferromagneten auf dem \dkagome-Gitter für Gittergrößen von N=45 and N=48 am 1/3-Magnetisierungsplateau untersuchen, um das Phenomen des asymmetrischen Abschmelzens zu ergründen. Für die Systeme werden die Magnetisierung in Abhängigkeit von Temperatur und Feld sowie die Zustandsdichte untersucht. Für Gittergrößen bis N=81 werden wir die Magnonenkristallisation erforschen. Voruntersuchungen deuten darauf hin, dass diese Kristallisation, die unterhalb des Sättigungsfeldes auf dem 7/9-Plateau stattfindet, zur Universalitätsklasse des zweidimensionalen 3-Zustands-Potts-Modell gehört. Die von einem japanischen Team vorgeschlagene Magnonen-Kondensation auf anderen Plateaus soll ebenfalls untersucht werden. Wir sind überzeugt, dass diese eine andere Ursache haben. Diese Untersuchungen sollen durch analoge Untersuchungen an anderen frustrierten Spingittern, die auch flache Bänder besitzen, komplemetiert werden. Zu diesen Gittern zählen dassquare-kagome-Gitter sowie das planare Pyrochlor-Gitter. Das Studium des square-kagome-Gitterserscheint uns in diesem Zusammenhang besonders dringlich, da diese Struktur kürzlich synthetisisert und experimentell untersucht werden konnte.Im letzten Drittel der Förderphase würden wir gern vom Heisenberg-Modell zum XXZ-Modell wechseln bzw. Wechselwirkungen zwischen übernächsten Nachbarn betrachten. Dies erlaubt es uns,die Frustration zu variieren und die flachen Bänder zu deformieren. Dadurch können reale Substanzen realistischer beschrieben und die spezifischen Auswirkungen der Frustrationz.B. auf magnetokalorische Eigenschaften untersucht werden. Auch die Auswirkungen von spinquantenzahlen größer als 1/2 auf die magnetischen Eigenschaften sollen betrachtet werden. Wir wollen die erwähnten Gitter nicht nur untereinander vergleichen, sondern auch mit dem J1-J2-Quadratgitter, das wir als Referenzsystem mit einstellbarer Frustration für unsere Studien nutzen wollen. Zusätzlich planen wir, thermodynamische Funktionen mit einer Interpolationsmethode zu vergleichen, die auf einer Hochtemperaturentwicklung in Kombination mit einer Entropiemethode basiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen