Thermodynamics of Heisenberg chains coupled to phonons

Abstract

The one-dimensional spin-1/2 Heisenberg model with nearest-neighbour interaction coupled to Einstein phonons is of interest for the understanding of materials which show the spin-Peierls phase transition. I examined this model by performing a finite-temperature quantum Monte Carlo simulation by using the very efficient loop algorithm. I studied in detail the magnetic susceptibility, the specific heat, the phonon occupation, the dimerization, and the spin-spin correlation function of this model for various spin-phonon couplings and phonon frequencies. In particular I gave evidence for a global effective spin-spin coupling and for the transition from a gapless to the massive phase by studying the finite-size behavior of the magnetic susceptibility.

Das eindimensionale Spin-1/2-Heisenberg-Modell mit nächster Nachbar-Wechselwirkung, das an Einstein-Phononen gekoppelt ist, ist für das Verständnis von Materialien von Interesse, die den Spin-Peierls-Phasenübergang zeigen. Ich untersuchte dieses Modell anhand einer Quanten-Monte-Carlo-Simulation bei endlicher Temperatur unter Verwendung des sehr effizienten Schlaufen-Algorithmus. Im Detail untersuchte ich die magnetische Suszeptibilität, die spezifische Wärme, die Phonon-Besetzung, die Dimerisierung und die Spin-Spin-Korrelationsfunktion dieses Modells für verschiedene Spin-Phonon-Kopplungen und Phonon-Frequenzen. Insbesondere wies ich anhand des Verhaltens der magnetischen Suszeptibilität bei endlicher Systemgröße eine globale effektive Spin-Spin-Kopplung und einen Übergang von der gaplosen zur massiven Phase nach.