Interchain interactions, multimagnon condensation, and strain effect in the chain compound NaVOPO4

反铁磁性 相图 凝聚态物理 物理 相(物质) 链条(单位) 基态 铁磁性 自旋(空气动力学) 结晶学 热力学 化学 量子力学
作者
Manoj Gupta,Manodip Routh,Manoranjan Kumar,Tanusri Saha‐Dasgupta
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:110 (5)
标识
DOI:10.1103/physrevb.110.054441
摘要

Employing first-principles modeling and many-body methods, the magnetic properties of the spin-1/2 chain compound ${\mathrm{NaVOPO}}_{4}$ are explored. The extensive first-principles calculations establish an intricate three-dimensionally-coupled model that consists of weakly alternating $J\ensuremath{-}{J}^{\ensuremath{'}}$ antiferromagnetic chains running along cris-cross directions between two consecutive $ab$ planes, connected via two subleading couplings: a ferromagnetic exchange along the $c$ direction (${J}_{c}$) and a weaker antiferromagnetic exchange (${J}_{a}$) along the body-diagonal direction. The exact diagonalization and density matrix renormalized group study has been carried out on a two-dimensional spin model with $J\ensuremath{-}{J}^{\ensuremath{'}}\ensuremath{-}{J}_{c}$ and effective ${J}_{d}$ couplings, constructed based on the full model, for numerical ease. The ${J}_{c}\ensuremath{-}{J}_{d}$ phase diagram is found to host a disorder phase with a finite spin gap for comparable values of ${J}_{c}$ and ${J}_{d}$, arising out of the competing nature of these two interactions, other than two ordered phases. The calculated thermodynamic properties of this model provide a fair description of experimentally measured data. The predominant manifestation of ${J}_{c}$ and ${J}_{d}$ in the disorder phase happens in the stabilization of a multimagnon condensed phase upon gap closing by application of an external magnetic field. We further explore the effect of tensile uniaxial strain, which is found to drive the system from a gapful to a gapless ground state.
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