Kitaev化合物YbOCl的各向异性交换耦合与基态相图

稀土硫卤化物 REChX（RE = 稀土；Ch = O, S, Se, Te；X = F, Cl, Br, I）是新近报道的一类 Kitaev 自旋液体候选材料。该家族提供了一个强自旋轨道耦合与范德瓦耳斯层状且未畸变的蜂窝状自旋晶格相遇的平台，从而产生 Kitaev 模型所需的高度各向异性交换耦合。YbOCl 是我们生长出的该家族首颗单晶，尺寸可达约 15 mm。我们在 2 至 300 K 下进行了磁化与高磁场电子自旋共振测量。我们发展了针对该各向异性自旋系统的平均场方案，借此能够很好地描述实验并可靠确定基本参数。自洽模拟给出各向异性自旋交换相互作用 $J_{\pm}$（约 -0.3 K）和 $J_{zz}$（约 1.6 K），以及 g 因子 $g_{ab}$（约 3.4）和 $g_{c}$（约 2.9）。基于这些自旋交换相互作用，我们采用精确对角化方法，由非对角交换耦合给出 YbOCl 的基态相图。该相图具有丰富的磁相（包括自旋无序相），揭示了该家族特别是 Kitaev 物理的新奇磁性质。