超蜂窝晶格上受挫 J1-J2 Heisenberg 模型中的演生量子相

我们研究了三维超蜂窝晶格上受挫 J1-J2 Heisenberg 模型的可能量子基态及其经典极限。本研究的灵感来源于近期发现的 beta-Li2IrO3，其中 Ir^{4+} 离子形成三维网络，每个格点连接三个最近邻。我们重点关注由次近邻自旋相互作用引起的磁受挫影响。由于铱酸盐或其他 5d 过渡金属氧化物中 5d 轨道的广泛展延，此类相互作用可能十分显著。在经典极限下，当 J2/J1\gtrsim 0.17 时，基态流形由螺旋磁有序波矢的线简并给出；而当 J2/J1 = 0.5 时，共线条纹有序被包含在该简并流形中。我们利用自旋波理论中的半经典 $1/S$ 展开和 Schwinger 玻色子方法研究了量子 disorder 有序效应。总体而言，在相图的大部分区域，某些共面螺旋有序从经典简并流形中被选出。尽管底层哈密顿量具有自旋旋转不变性，但在 J2/J1 = 0.5 附近的扩展参数区域内，量子涨落仍倾向于选择共线条纹有序而非螺旋有序。这与先前在同一晶格上研究的 Heisenberg-Kitaev 模型中条纹有序的涌现形成对比，其中 Kitaev 型 Ising 相互作用对稳定条纹有序至关重要。随着量子涨落增强，表明 U(1) 和 Z2 量子自旋液相可通过 Neel、条纹及螺旋磁有序相的量子无序化产生。本文还讨论了磁各向异性的影响及其与未来实验的相关性。