Spin Nematic and Antinematic States in a Spin-32Isotropic Non-Heisenberg Magnet

Abstract

The ground state phase diagram of a general isotropic spin-3/2 system with nearest-neighbor exchange is shown to contain unconventionally ordered spin nematic and antinematic states, as well as usual ferro- and antiferromagnetic phases. The two nematic phases have spontaneously broken rotational symmetry characterized by the long-range order of the nematic director u, as well as the broken time-reversal symmetry described by the pseudospin vector σ. Nematic phase differs from antinematic one by the type of ordering in σ vectors (uniform versus staggered). The ferromagnet-nematic and antiferromagnet-antinematic phase boundaries exhibit enhanced Sp(4) symmetry and correspond to the recently studied effective theory for spin-3/2 cold gases. We discuss optical properties and topological defects in the nematic phases.

Phase diagram of the isotropic spin-32model on thez=3Bethe lattice

“…The S = 3/2 model has already been shown to exhibit a very complex phase diagram on the mean field level and in one-dimensional systems. [15][16][17] The main goal is to present a conclusive phase diagram of the model utilizing recently introduced algorithms which allow an efficient simulation of quantum spin systems on Bethe lattices. We use a descendant of Vidal's infinite time-evolving block decimation algorithm (iTEBD) 18 adapted to the tree like structure.…”

“…IV. Furthermore this model exhibits a SU (4) symmetry at four points in the phase diagram connected by a SO(5) symmetric line which is given by 15,16 …”

Magnetic properties of the bond and crystal field dilution spin-3/2 Blume–Capel model in an external magnetic field

“…With more and more attention to materials consisting of spin-3/2 atoms, many models have dealt with them, such as Blume-Capel model [1,2], Blume-Emery-Griffiths model [3,4], transverse Ising model [5,6], mixed Ising model [7,8], isotropic non-Heisenberg magnet [9] etc. Hence, the study of spin-3/2 materials has become a subject of wide discussions.…”

Динамические И Статические Свойства Негейзенберговского Магнетика Со Сложной Межионной Анизотропией

“…Подобные состояния для высших спинов S > 1 изучены слабее, но для них обнаружены качественно новые эффекты, отсут-ствующие для случая S = 1. Для спина S = 3/2 найдены фазы с S = 0, для которых симметрия относительно отражения времени нарушена за счет нетривиальных свойств трехспиновых средних [9], из которых можно составить планарный вектор псевдоспина σ [10]. В силу этого для спина S = 3/2 возможно существование ан-тинематической (AN) фазы, в которой направления σ в двух подрешетках антипараллельны [10].…”

“…Для спина S = 3/2 найдены фазы с S = 0, для которых симметрия относительно отражения времени нарушена за счет нетривиальных свойств трехспиновых средних [9], из которых можно составить планарный вектор псевдоспина σ [10]. В силу этого для спина S = 3/2 возможно существование ан-тинематической (AN) фазы, в которой направления σ в двух подрешетках антипараллельны [10]. Для чисто изотропной модели магнетиков со спинами S = 1 и S = 3/2 в приближении среднего поля с взаимодей-ствием ближайших соседей на решетке, допускающей разбиение на две подрешетки, построена полная фазовая диаграмма (далее мы проводим анализ только с учетом тех же приближений).…”