在 $S=\frac{1}{2}$ 烧绿石氧化物中通过新的多轨道效应控制有效维度及自旋液体与手征序间的竞争

在阻挫系统中，由于交换相互作用的阻挫，部分或许多态相互竞争，这种竞争常导致诸如自旋液体和手征序等奇异态。我们考虑烧绿石氧化物这一三维阻挫系统，并研究其 $S=\frac{1}{2}$ 有效模型，该模型由最近邻过渡金属离子间的 Heisenberg 型和 Dzyaloshinsky-Moriya 型超交换相互作用组成。我们证明，利用 $t_{2g}$ 轨道对这些相互作用系数的新多轨道效应，可以将有效维度从三维改变为二维，并控制手征序与自旋液体之间的竞争。我们还表明，新的多轨道效应对稳定三进一出手征序、畸变四进四出手征序和畸变三进一出手征序至关重要，并且可用于维持宏观简并，从而即使在有限的 Dzyaloshinsky-Moriya 相互作用下也能产生自旋液体。这些结果开辟了自旋系统中多轨道物理学的新方向，并为烧绿石氧化物中自旋液体的现实机制迈出了关键一步。