J. Phys. France 50, 2833-2849 (1989)
DOI: 10.1051/jphys:0198900500180283300

Domain walls in a doped antiferromagnet

H.J. Schulz<sup>1, 2

1</sup>  Laboratoire de Physique des Solides , Université Paris-Sud, 91405 Orsay, France
²  Institute for Theoretical Physics, University of California, Santa Barbara, CA 93106, U.S.A.

Abstract
The effects of a small amount of holes on the antiferromagnetic state of the two-dimensional Hubbard model are investigated analytically and numerically. It is found that it is energetically favorable for the system to form domain walls of finite width, with the holes localized in bound states at the walls. For a small but finite concentration of holes, a regularly spaced array of domain walls is formed, i.e. one has an insulating incommensurate antiferromagnet, with a linearly polarized magnetisation pattern and a modulation wavevector proportional to the hole concentration. With increasing electron-electron repulsion, the preferred orientation of the walls changes from parallel to a lattice direction to diagonal. Possible fluctuation effects in the incommensurate phase and relations with recent experiments on La2-xSrxCuO 4 are discussed.

Résumé
Les effets d'une faible concentration de trous sur l'état antiferromagnétique du modèle de Hubbard bidimensionnel sont étudiés analytiquement et numériquement. On trouve qu'il est énergétiquement favorable de former des parois d'une largeur finie, avec les trous localisés dans des états liées aux parois. Pour une concentration faible mais finie de trous, un réseau régulier de parois est stable, c'est-à-dire on a un état antiferromagnétique incommensurable isolant, avec une aimantation polarisée linéairement et un vecteur d'onde variant linéairement avec la concentration des trous. Si la répulsion électron-électron croît, l'orientation préférée des parois change de parallèle à une direction du réseau à diagonale. La possibilité d'effets fluctuatifs dans la phase incommensurable ainsi que le rapport avec des expériences récentes sur La2-xSrxCuO 4 sont discutés.

PACS
7560C - Domain walls and domain structure.
7510L - Band and itinerant models.

Key words
antiferromagnetism -- Hubbard model -- magnetic domain walls