Conductivities of magnetic chains with (non-)magnetic impurities

Abstract

This work is a contribution to the theoretical study of one-dimensional quantum systems. We study the influence of various types of defects on the transport properties of these exotic magnets, as it is closely related to experimental and technological open issues. Using primarily numerical diagonalization techniques we study the spin and thermal conductivities as well as the respective memory functions. In the presence of disorder we find that interactions delocalize the localized single particle states at any finite temperature a single non-magnetic impurity renders ballistic transport incoherent. The thermal conductivity –which is a unique probe to investigate the effect of the impurity in these systems due to the absence of any other scattering mechanisms- exhibits a Lorentzian form in the weak perturbation regime while strong perturbations cut the chain for thermal transport. The same conclusions hold for magnetic impurities as well. The shape of the thermal conductivity is used to investigate the cutting-healing behavior with decreasing temperature. We find for ferromagnetic easy axis anisotropy healing behavior for all the types of single impurities (the ones we have tested) while for antiferromagnetic easy axis anisotropy the ground state of the system is ideally insulating.

Αυτή η δουλειά είναι μια συνεισφορά στην θεωρητική μελέτη μονοδιάστατων κβαντικών συστημάτων. Μελετάμε την επίδραση διαφόρων ελαττωμάτων στις ιδιότητες μεταφοράς αυτών των εξωτικών μαγνητών, καθώς είναι στενά συνδεδεμένη με ανοιχτά ζητήματα σε πειραματικό και τεχνολογικό επίπεδο. Χρησιμοποιώντας κατά κύριο λόγο τεχνικές αριθμητικής διαγωνιοποίησης μελετάμε την σπιν και θερμική αγωγιμότητα καθώς επίσης και στις αντίστοιχες συναρτήσεις μνήμης. Παρουσία αταξίας βρήκαμε ότι οι αλληλεπιδράσεις απεντοπίζουν τις εντοπισμένες μονοσωματιδιακές καταστάσεις σε οποιαδήποτε πεπερασμένη θερμοκρασία. Μια μη-μαγνητική πρόσμιξη καθιστά την βαλιστική μεταφορά ασυναφή. Η θερμική αγωγιμότητα – η οποία είναι ιδανική για την μελέτη της επίδρασης μιας πρόσμιξης αφού δεν υπάρχουν άλλοι μηχανισμοί σκεδάσης – αποκτά λορεντζιανή μορφή στο όριο ασθενών διαταραχών ενώ ισχυρές διαταραχές κόβουν την αλυσίδα για την μεταφορά θερμότητας. Τα ίδια συμπεράσματα ισχύουν και για μαγνητικές προσμίξεις. Το σχήμα της θερμικής αγωγιμότητας χρησιμοποιείται για να διερευνήσουμε την συνεισφορά «κοψίματος-ίασης», καθώς χαμηλώνει η θερμοκρασία. Για φερρομαγνητική ανισοτροπία βρίσκουμε «ίαση» για όλες τις περιπτώσεις μιας πρόσμιξης που μελετήσαμε ενώ για αντιφερρομαγνητική ανισοτροπία η θεμελιώδης κατάσταση είναι τελείως μονοτική.