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Thermodynamics of multiferroic spin chains

机译：多铁自旋链的热力学

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The minimal model to describe many spin-chain materials with ferroelectric properties is the Heisenberg model with ferromagnetic nearest-neighbor coupling J_1 and antiferromagnetic next-nearest-neighbor coupling Jo. Here we study the thermodynamics of this model using a density-matrix algorithm applied to transfer matrices. We find that the incommensurate spin-spin correlations-crucial for the ferroelectric properties and the analog of the classical spiral pitch angle-depend not only on the ratio J_2|J_1| but also strongly on temperature. We study small easy-plane anisotropies which can stabilize a vector chiral order as well as the finite-temperature signatures of multipolar phases, stable at finite magnetic field. Furthermore, we fit the susceptibilities of LiCuVO_4, LiCu_2O_2, and Li_2ZrCuO_4. Contrary to the literature, we find that for LiCuVO_4 the best fit is obtained with J_2～90 K and J_2/|J|～0.5 and show that these values are consistent with the observed spin incommensurability. Finally, we discuss our findings concerning the incommensurate spin-spin correlations and multipolar orders in relation to future experiments on these compounds.
机译：描述具有铁电特性的许多自旋链材料的最小模型是具有铁磁最近邻居耦合J_1和反铁磁最近邻居耦合Jo的海森堡模型。在这里，我们使用应用于传递矩阵的密度矩阵算法研究该模型的热力学。我们发现，对于铁电性能而言，不可比拟的自旋-自旋相关性和经典螺旋螺距角的模拟不仅取决于比率J_2 | J_1 |。而且对温度的要求很高。我们研究了小的易平面各向异性，该各向异性可以稳定矢量手征阶以及在有限磁场下稳定的多极相的有限温度信号。此外，我们拟合了LiCuVO_4，LiCu_2O_2和Li_2ZrCuO_4的磁化率。与文献相反，我们发现对于LiCuVO_4，J_2〜90 K和J_2 / | J |〜0.5可获得最佳拟合，并表明这些值与观察到的自旋不可共性是一致的。最后，我们讨论了与不对称的自旋-自旋相关性和多极性顺序有关的发现，这些结果与这些化合物的未来实验有关。

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