量子自旋液体中的演生光子与分数化激发
强关联电子
2025-06-24 v1
摘要
量子自旋液体（QSL）源于阻挫磁体中许多简并经典基态的高度纠缠叠加，其特征是演生规范场和退禁闭分数化激发（自旋子）。由于这种新奇的物质相与高转变温度超导性和量子计算相关，对 QSL 态的微观理解一直是凝聚态物理学中长期追求的目标。角共享四面体的三维烧绿石晶格可以容纳具有 U(1) 规范场的 QSL，称为量子自旋冰（QSI），它是经典（具有大有效磁矩）自旋冰的量子（有效 ）类比。QSI 与经典自旋冰的一个关键区别在于，除了高能处的自旋子外，预测还存在零能附近的线性色散集体激发，称为“光子”，其源于演生量子电动力学。最近，三维烧绿石体系 Ce2M2O7（M = Sn, Zr, Hf）被提出作为有效 QSI 的候选体系，但一直没有来自光子的准弹性磁散射信号的证据，而这是 QSI 的关键特征。在此，我们对 Ce2Zr2O7 单晶使用极化中子散射实验，确凿地证明了在 50 mK 下存在零能附近的磁激发，以及高能处自旋子的特征。通过比较磁激发的能量（E）、波矢（Q）和极化依赖关系与理论计算结果，我们得出结论：Ce2Zr2O7 是具有主导偶极 Ising 相互作用的偶极-八极 通量 QSI 的首个实例，从而确定了负责 QSL 的微观哈密顿量。
引用
@article{arxiv.2404.04207,
title = {Emergent photons and fractionalized excitations in a quantum spin liquid},
author = {Bin Gao and Félix Desrochers and David W. Tam and Paul Steffens and Arno Hiess and Yixi Su and Sang-Wook Cheong and Yong Baek Kim and Pengcheng Dai},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.04207},
year = {2025}
}