通过超声探测的分数量子激发

本工作中，我们在 $\alpha$-RuCl$_3$ 中通过超声实验研究磁弹性相互作用——该材料是蜂窝晶格上 Kitaev 自旋模型的原型体系，可能具有呈现 Majorana 费米子和 $\mathbb{Z}_{2}$-磁通激发的自旋液体态。我们给出了沿高对称晶体学方向传播的若干纵向与横向声子模式的声速和声衰减随温度及面内磁场依赖关系的实验结果。对有序态之上的全面数据分析提供了声子被 Majorana 费米子散射的强有力证据。该散射敏感依赖于声子速度相对于描述底层 Kitaev 磁体自旋动力学的低能费米子激发特征速度的取值。此外，我们的数据显示声衰减各向异性的显著降低，与热激发 $\mathbb{Z}_2$ 涡旋（visons）所产生的随机化一致。我们展示了声子动力学作为揭示 $\alpha$-RuCl$_3$ 中分数量子激发的有力探测手段的潜力，并就该材料的 $H$-$T$ 相图提供了新见解。