赫伯特史密斯矿族中量子自旋液体候选材料的组合探索
强关联电子
2023-06-07 v1 材料科学
摘要
磁性离子的几何阻挫可导致量子自旋液体基态，其中尽管存在强交换相互作用，仍避免了长程磁有序。量子自旋液体的物理实现是当代材料科学中一个重大的未解决领域。一个著名的磁阻挫结构是笼目晶格。天然矿物 herbertsmithite [ZnCu(OH)Cl] 和锌取代的 barlowite [ZnCu(OH)BrF] 均具有由自旋- 铜离子构成的完美笼目层，并显示出与低温下量子自旋液体态一致的经验特征。为探究该材料族内其他可能的候选材料，我们通过替换非磁性二价阳离子（）和卤素阴离子（、），对结构相关化合物 [Cu(OH) 和 Cu(OH)] 进行系统的第一性原理组合探索。在使用密度泛函理论优化此类结构后，我们比较各种结构和热力学参数，以确定哪些化合物最有可能倾向于量子自旋液体态。利用二元化合物进行凸包计算以确定合成可行性。我们还估计了层间取代无序和笼目层自发畸变的可能性。在整体考虑所有这些因素后，我们筛选出几种值得进一步关注的有前景候选材料。
引用
@article{arxiv.2303.00082,
title = {Combinatorial exploration of quantum spin liquid candidates in the herbertsmithite material family},
author = {Alex Hallett and Catalina Avarvarei and John W. Harter},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.00082},
year = {2023}
}