Order-by-disorder without quantum zero-point fluctuations in the pyrochlore Heisenberg ferromagnet with Dzyaloshinskii-Moriya interactions
Notice bibliographique
Résumé
Order-by-disorder, whereby fluctuations lift an accidental classical ground state degeneracy to stabilize a subset of ordered states, is a recurrent and prominent theme in the field of frustrated magnetism where magnetic moments, or spins, are subject to competing spin-spin interactions. Thus far, such a phenomenon has been discussed in systems where the quantum ground state is not a ``classical'' product state. In such a case, both thermal and quantum fluctuations act to lift the accidental classical degeneracy, begging the question of whether one mechanism of order-by-disorder is possible without the other. In this paper, we present results exposing an uncharted route to order-by-disorder, one without quantum zero-point fluctuations, in the ferromagnetic pyrochlore Heisenberg system with the Dzyaloshinskii-Moriya (DM) interaction as the leading perturbation. We prove that any collinear ferromagnetic state is an exact eigenstate even in the presence of the anisotropic DM interaction, while thermal fluctuations give rise to a preference in the magnetization direction. Using linear spin wave theory, we find that the anisotropy appears at lowest order as a subleading term in the low-temperature expansion of the free energy, proportional to ${T}^{7/2}$. Our results thus show that the phenomenon of thermal order-by-disorder can in principle occur even in the absence of quantum zero-point fluctuations driving quantum order-by-disorder---this being so in particular when the accidentally degenerate ground state of the classical model turns out to be an exact eigenstate of the quantum version of the model. However, and in addition, we find that when the DM interaction is large, the fully polarized ferromagnetic ground state becomes unstable for a spin-$\frac{1}{2}$ system within the framework of nonlinear spin wave theory, a result that is presumably closely related to the recent report of a quantum spin liquid in this spin-$\frac{1}{2}$ model at $D/J\ensuremath{\approx}2$ in Ref. [Lozano-G\'omez et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 121, e2403487121 (2024)].
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».