单重态基态系统中受挫三角子晶格产生的扩散型激子能带
强关联电子
2023-04-17 v1
摘要
大多数材料中的磁有序发生在晶格中具有有限磁矩的磁性离子按特定图案排列于由离子间交换相互作用决定的有序温度之下时。然而，当晶体电场（CEF）效应导致单个磁性位点上出现自旋单重态基态时，系统的集体基态可以保持非磁性，或者更引人入胜的是，若相邻离子间的交换相互作用足够强，可混合激发的 CEF 能级，从而产生磁有序基态。此种态中的集体磁激发即所谓自旋激子，描述穿越晶格传播的 CEF 跃迁。在大多数情况下，源于局域单离子 CEF 能级的自旋激子在动量（倒易）空间中无色散，并在磁有序与顺磁态中均定义良好。此处我们利用热力学与中子散射实验研究无位点无序的化学计量比 Ni2Mo3O8，其中 Ni2+ 离子构成由两种三角晶格组成的二分蜂窝晶格，离子分别处于四面体与八面体晶体环境中。我们发现两类离子中的 CEF 激发均具有非磁性单重态基态，但材料具有长程磁有序。此外，来自四面体位点三角晶格排布的 CEF 自旋激子在反铁磁与顺磁态中，均在倒易空间布里渊区边界附近形成色散扩散型图样。因此本工作表明，理想三角晶格磁体中的自旋激子可具有色散型激发，而与静态磁有序的存在与否无关，该现象极有可能源于自旋纠缠与几何阻挫。
引用
@article{arxiv.2303.10241,
title = {Diffusive Excitonic Bands from Frustrated Triangular Sublattice in a Singlet-Ground-State System},
author = {Bin Gao and Tong Chen and Xiao-Chuan Wu and Michael Flynn and Chunruo Duan and Lebing Chen and Chien-Lung Huang and Jesse Liebman and Shuyi Li and Feng Ye and Matthew B. Stone and Andrey Podlesnyak and Douglas L. Abernathy and Devashibhai T. Adroja and Manh Duc Le and Qingzhen Huang and Andriy H. Nevidomskyy and Emilia Morosan and Leon Balents and Pengcheng Dai},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.10241},
year = {2023}
}