Термодинамика и основные состояния спинового льда на объемной гексагональной решетке

В работе рассмотрена магнитная структура Изинг-подобных точечных диполей, расположенных на ребрах трехмерной гексагональной решетки с векторами магнитных моментов, ориентированными вдоль ребер решетки. Объемная решетка спинового льда представляет собой многослойно уложенную плоскую гексагональную решетку без сдвига слоев относительно друг друга. Между слоями добавлены диполи с магнитным моментом, направленным перпендикулярно слою. Такие межслойные диполи корреляционно связывают конфигурации в узлах решетки и влияют на магнитное упорядочение структуры спинового льда. Аналитически получено критическое расстояние между слоями, при котором все парные энергии спинов, прилегающих к узлу решетки, скомпенсированы. Для трех случаев, когда расстояние меньше критического, равно и больше критического, описаны конфигурации основных состояний. Методом Метрополиса для всех трех случаев получены температурные поведения средней энергии и теплоемкости. Во всех случаях в системе присутствуют две температурные фазы: “порядок” и “беспорядок”, — в то время как для двумерного спинового льда на гексагональной решетке фаза порядка делится на “дальний” и “ближний”. Для случая, когда межслойное расстояние ниже критического, основное состояние не вырождено, в системе доминирует ближний порядок. Для случая, когда межслойное расстояние выше критического, кратность вырождения основного состояния зависит от числа спинов, упорядочение системы также задается ближайшими диполь-дипольными взаимодействиями. При межслойном расстоянии, равном критическому, основное состояние вырождено 6 раз, ближние взаимодействия полностью скомпенсированы, доминирует дальний порядок.