Technical Report of ISSP Ser. A: Number 3142

Abstract

A theoretical model is presented to explain the spin gap observed for CaV4O9. The lattice structure is the regularly 1/5-depleted square lattice, where a plaquette formed by J(sub p) is connected to the neighboring four plaquettes by J(sub d). Both J(sub p) and J(sub d) are antiferromagnetic. At isotropic coupling (J(sub p) = J(sub d)) the ground state shows the Neel ordering, but is close vicinity of the quantum critical point to the Plaquette Resonating-Valence-Bond(PRVB) state. It is shown that a small frustrating next-nearest-neighbor interaction can drive the system into the PRVB state and thus explain a large spin gap compatible with experiments.

CaV4O9に観測されるスピンギャップを説明するための理論モデルを提示した。格子構造は整然とした1/5空乏正方格子で、J(p)により形成されたプラケットがJdにより形成された隣合う4個のプラケットに接続している。J(p)およびJ(d)共に反強磁性体である。等方性結合(J(p)=J(d)において、基底状態はNeel秩序化を示すが、プラケット共鳴価電子結合(PRVB)状態への量子臨界点のごく近傍である。小さいフラストレートした第2隣接相互作用が系をPRVB状態に駆動することを示し、実験結果と矛盾しない大型スピンギャップを説明した。