自旋-3/2 三角晶格反铁磁体中无能隙狄拉克自旋液体基态的证据

我们报道了对 $S$ = 3/2 三角晶格反铁磁体 $\alpha$-CrOOH(D)(delafossites 绿灰色粉末)磁性的全面研究。通过拟合高温下测量的电子自旋共振(ESR)线宽和磁化率,定量确定了近乎海森堡的反铁磁哈密顿量($J_1$ $\sim$ 23.5 K),其弱单离子各向异性为 $|D|$/$J_1$ $\sim$ 4.6%。弱单离子各向异性相互作用,可能连同其他扰动(如次近邻相互作用)一起,抑制了长程磁序并使系统无序,中子衍射中无任何清晰磁反射以及直至 2 K($\sim$ 0.04$J_1$$S^2$)处磁熵几乎为零时仍占主导的顺磁 ESR 信号均证明了这一点。在 $\alpha$-CrOOH 中低于冻结温度 $T_f$ = 25 K 或 $\alpha$-CrOOD 中低于 $T_f$ = 22 K 时观察到的比热幂律行为($C_m$ $\sim$ $T^{2.2}$)对外磁场不敏感,因此与理论预言的无能隙 U(1) 狄拉克量子自旋液体(QSL)基态一致。在低温下,低能连续自旋激发的谱权重在布里渊区的 K 点(如 $|\mathbf{Q}|$ = 4$\pi$/(3$a$))处累积,且假定的狄拉克锥清晰可见。我们的工作是为理解该 $S$ = 3/2 三角晶格磁体中可能的狄拉克 QSL 基态所迈出的第一步。