掺杂 kagome 自旋液体候选材料中的无序诱导自旋团簇磁性

寻找新型量子自旋液体材料依赖于具有强阻挫的系统，例如理想 kagome 格子上的自旋。然而，晶格不完美性会产生尚未被充分理解的实质性影响。在最近的工作中，二维 kagome 系统 YCu$_3$(OH)$_6$[(Cl$_x$Br$_{(1-x)}$)$_{3-y}$(OH)$_y$] 已成为承载 Dirac 自旋液体的主要候选材料，该自旋液体似乎至少在 x<0.4 时依然存续，并与交替键六边形（ABH）无序相关。在此，在 x=0.58、y=0.1 的磁性样品中，我们报告了面内反铁磁体（AFM）的不寻常面内铁磁倾斜（FM），其具有异常宽的短程有序区间，并提出理论模型来解释这种行为。首先，我们表明 Kitaev 型交换在 kagome 格子上自然产生于已知 Dzyaloshinskii-Moriya 交换的二阶项，并且这些相互作用可以从反手性 AFM 产生不寻常的面内 FM 倾斜。其次，我们提出了一个弱铁磁倾斜自旋团簇的唯象模型来描述短程区间，并分析了 ABH 玩具模型中的量子涨落，以展示 ABH 无序如何能够稳定该区间。实验观察与理论的结合表明，kagome-Kitaev 相互作用和 ABH 无序是描述该族材料磁性涨落所必需的，对所提出的邻近自旋液体相具有潜在意义。