Specific Heat of the Half-Filled One-Dimensional Hubbard Model: Feynman Path-Integral Simulations

Abstract

The Feynman path-integral quantum Monte Carlo (PI QMC) approach has been employed to study the specific heat C of the one-dimensional (1D) half-filled Hubbard chain as a function of temperature. For not too strong many-body interactions C exhibits a single maximum only. With increasing correlation strength the C curve shows an intermediate minimum separating a sharp low-temperature maximum and a broad high-temperature profile. The first peak is caused by spin excitations and the high-temperature values of C are determined by charge degrees of freedom. The contribution of both quantities to the net specific heat curve has been quantified in the present theoretical setup. The specific heat data are interpreted with the aid of calculated charge fluctuations, probabilities Pi(n) to find n = 2, 1, 0 electrons at the respective lattice sites, a spin density wave (SDW) order parameter and the electronic chemical potential μ. Die Wärmekapazität C der halbgefüllten eindimensionalen (1D) Hubbard-Kette wurde mit Hilfe von Feynman-Pfadintegral-Quanten-Monte-Carlo (PI-QMC)Simulationen als Funktion der Temperatur untersucht. Für nicht zu starke Vielteilchen-Wechselwirkungen zeigt C nur ein Maximum. Mit zunehmender Korrelationsstärke bildet sich ein intermediäres Minimum in der C-Kurve aus, die ein Tieftemperatur-Maximum und eine Hochtemperatur-Flanke trennt. Der erste Peak wird durch Spin-Anregungen verursacht, während die Hochtemperatur-Flanke von C durch Ladungs-Freiheitsgrade hervorgerufen wird. Die Beiträge beider Größen zu den Netto-Wärmekapazitätskurven werden in der vorliegenden Arbeit diskutiert. Die Wärmekapazitäts-Daten werden auf der Basis von Besetzungswahrscheinlichkeiten Pi(n) interpretiert, die die Wahrscheinlichkeit angeben, an Gitterplatz i n = 2, 1 oder 0 Elektronen zu finden. Weitere Hilfsgrößen sind ein Ordnungsparameter für Spindichtewellen (SDW) sowie das elektronische chemische Potential μ.