通过大规模计算分析探索稀土 Kitaev 磁体

Kitaev 蜂窝模型在寻找量子自旋液体中起着关键作用，其中分数准粒子可为无退相干拓扑量子计算提供应用。其关键要素是键依赖的 Ising 型相互作用，即 Kitaev 相互作用，这需要自旋和轨道自由度之间的强纠缠。本研究调查了显示稳健 Kitaev 相互作用的稀土材料的识别与设计。我们开发了一个专为大规模计算设计的并行计算程序， scrutinize 了所有可能的 $4f$ 电子构型，这些构型在微扰过程中需要多达 600 多万个中间态。我们的分析揭示，在所有 Kramers 二重态的实现中，各向同性 Heisenberg $J$ 与各向异性 Kitaev $K$ 相互作用之间存在主要的相互竞争作用。值得注意的是，具有 $4f^3$ 和 $4f^{11}$ 构型的实例展示了 $K$ 优于 $J$ 的优势，为在包含 Nd$^{3+}$ 和 Er$^{3+}$ 的化合物中探索 Kitaev 量子自旋液体 (QSLs) 提供了意想不到的前景。除了 Kitaev 模型外，我们的计算程序也被证明适用于广泛的 $4f$ 电子磁体。