烧绿石晶格上磁八极子的量子液体

自旋液体是由磁偶极子$^1$的纠缠形成的高度关联却无序的状态。理论通常利用规范场和去禁闭准粒子激发来定义此类状态,这些激发源于支配受阻磁体局域基态的简单规则。例如,四面体上偶极矩的‘2进2出’冰规则可导致稀土烧绿石中的量子自旋冰——一种由量子电动力学的格点规范理论描述的状态$^{2-4}$。然而,f电子离子通常携带比偶极子更高阶的多极自由度,从而导致引人入胜的行为与‘隐藏’序$^{5-6}$。本文我们表明,基于 Ce$^{3+}$ 的烧绿石 Ce$_2$Sn$_2$O$_7$ 的关联基态是一种磁八极子的量子液体。我们的中子散射结果与物质流体状态的形成一致,但强度分布权重偏向较大的散射矢量,这表明关联自由度的磁化密度比自旋液体中典型的磁偶极子更为复杂。在低于 1 开尔文的关联区域中,体性质的温度演化可由烧绿石晶格上偶极-八极双重态模型很好地再现$^{7-8}$。八极子-八极子耦合的性质与强度,连同归属于自旋子的连续激发谱的存在,为受‘2加2减’规则支配的八极子量子冰提供了进一步证据。我们的工作确定 Ce$_2$Sn$_2$O$_7$ 是一类材料中的独特例子,其中受阻多极子形成了‘隐藏’拓扑序,从而将量子自旋液体的观测推广到可支持新型 emergent 场与激发的多极相。