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Quantum disordered insulating phase in the frustrated cubic-lattice Hubbard model

机译：受挫立方晶格哈伯德模型中的量子无序绝缘相

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摘要

In the quest for quantum spin liquids in three spatial dimensions (3D), we study the half-filled Hubbard model on the simple cubic lattice with hopping processes up to third neighbors. Employing the variational cluster approach (VCA), we determine the zero-temperature phase diagram: In addition to a paramagnetic metal at small interaction strength U and various antiferromagnetic insulators at large U, we find an intermediate-U antiferromagnetic metal. Most interestingly, we also identify a nonmagnetic insulating region, extending from intermediate to strong U. Using VCA results in the large-U limit, we establish the phase diagram of the corresponding J_1-J_2-J_3 Heisenberg model. This is qualitatively confirmed-including the nonmagnetic region-using spin-wave theory. Further analysis reveals a striking similarity to the behavior of the J_1-J_2 square-lattice Heisenberg model, suggesting that the nonmagnetic region may host a 3D spin-liquid phase.
机译：在寻求三个空间维度（3D）的量子自旋液体时，我们研究了简单立方晶格上的半填充Hubbard模型，其跳跃过程一直到第三个邻居。利用变分簇方法（VCA），我们确定了零温度相图：除了具有小相互作用强度U的顺磁性金属和具有大U的各种反铁磁绝缘体之外，我们还发现了中U反铁磁金属。最有趣的是，我们还确定了一个从中间U到强U的非磁性绝缘区域。使用VCA导致大U限制，我们建立了相应的J_1-J_2-J_3 Heisenberg模型的相图。使用自旋波理论已定性证实了这一点，包括非磁性区域。进一步的分析揭示了与J_1-J_2方格海森堡模型的行为惊人相似，表明非磁性区域可能具有3D自旋液相。

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  • 来源
    《Physical review》 |2016年第4期|041106.1-041106.5|共5页
  • 作者

    Manuel Laubach; Darshan G. Joshi; Johannes Reuther; Ronny Thomale; Matthias Vojta; Stephan Rachel;

  • 作者单位

    Institut fuer Theoretische Physik, Technische Universitaet Dresden, 01062 Dresden, Germany,Institut fuer Theoretische Physik, Universitaet Wuerzburg, 97074 Wuerzburg, Germany;

    Institut fuer Theoretische Physik, Technische Universitaet Dresden, 01062 Dresden, Germany;

    Dahlem Center for Complex Quantum Systems and Fachbereich Physik, Freie Universitaet Berlin, 14195 Berlin, Germany,Helmholtz-Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie, 14109 Berlin, Germany;

    Institut fuer Theoretische Physik, Universitaet Wuerzburg, 97074 Wuerzburg, Germany;

    Institut fuer Theoretische Physik, Technische Universitaet Dresden, 01062 Dresden, Germany;

    Institut fuer Theoretische Physik, Technische Universitaet Dresden, 01062 Dresden, Germany;

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