$\it{d^7}$ Kitaev 蜂窝磁体中的反铁磁-铁磁竞争态

Kitaev 模型是罕见的可解析求解且可在物理上实现的哈密顿量实例，其基态为拓扑量子自旋液体。本文报道了由高自旋 $\it{d^7}$（$Co^{2+}$）离子构成的蜂窝磁体 $Li_3Co_2SbO_6$ 中 Kitaev 自旋液体物理的特征，这与存在大自旋轨道耦合时更典型的低自旋 $\it{d^5}$ 电子构型形成对比。中子粉末衍射、热容和磁化测量支持在 $\it{\mu_0H}$ = 0 T 下于 $\it{T_N}$ = 11 K 以下形成空间群为 $\it{C_C}2/\it{m}$ 的长程反铁磁序。在 $\it{T}$ = 2 K 与 50 K 之间恢复出的磁熵估计为 0.6Rln2，与接近 Kitaev 量子自旋液体态体系的预期值吻合良好。温度依赖的磁序参量给出 $\beta$ = 0.19(3)，与 XY 各向异性和面内有序一致，层间为类 Ising 相互作用。此外，我们观察到在 $\it{T}$ = 2 K、施加 $\it{\mu_0H}$ $\approx$ 0.7 T 磁场下，由自旋翻转驱动向空间群为 $\it{C}2/\it{m}$ 的铁磁序交叉。磁结构分析表明这些磁态在有限外加磁场下甚至在自旋翻转转变以下即相互竞争。$\it{d^7}$ 罗盘模型、$Li_3Co_2SbO_6$ 及相关蜂窝钴酸盐与各向异性 Kitaev 模型的比热定量比较，进一步支持其接近 Kitaev 量子自旋液体态。该材料展示了高自旋 $\it{d^7}$ 体系作为自旋液体候选者的丰富平台，并补充了已知的 $\it{d^5}$ 基于 Ir 和 Ru 的材料。