绝缘体 TmVO$_{4}$ 中磁场调控的铁四极量子相变

我们报道了绝缘体 TmVO$_{4}$ 的低温热容、磁热效应和中子衍射测量结果，该绝缘体发生连续的铁四极相变，与铥离子（Tm$^{3+}$）局域部分填充的 $4f$ 轨道相关。铁四极相变是伊辛向列性的一种实现，可利用沿四方晶格 $c$ 轴取向的磁场调控至量子临界点，该磁场作为伊辛向列序的有效横向场。在小磁场下，热相变可用横向场伊辛模型的半经典平均场处理很好地描述。然而，在更高磁场下，更接近磁场调控的量子相变时，由于量子涨落，观察到对此半经典行为的细微偏离。尽管相变由局域 $4f$ 自由度驱动，晶格仍起着关键作用，既在介导局域四极间相互作用方面，也在决定临界标度指数方面，即便相变本身可用平均场描述。特别地，向列序参量与声学声子的双线性耦合从根本上改变了前者的空间和时间涨落，导致向列横向场伊辛模型与通常的磁性横向场伊辛模型相比呈现不同的临界行为。我们的结果确立了 TmVO$_{4}$ 作为一种模型材料，以及电子向列性作为绝缘体量子临界性的范例。