通用量子自旋冰

我们考虑了稀土烧绿石中实现的量子自旋冰的可能奇异基态。先前在Phys. Rev. Lett. 108, 037202中的工作引入了一种规范平均场理论(gMFT)来处理此类系统的自旋或赝自旋哈密顿量，将其重新表述为与U(1)规范场耦合的玻色子自旋子问题。我们将gMFT扩展到处理最一般的最近邻交换哈密顿量，其中包含一个之前未考虑的进一步交换相互作用。这一项导致自旋子之间的相互作用，需要对gMFT进行显著扩展，我们提供了这一扩展。作为应用，我们特别关注非Kramers材料Pr2TM2O7 (TM=Sn, Zr, Hf, Ir)，对于这些材料，附加项尤为重要，但之前讨论的Ising平面交换耦合被时间反演对称性禁止。在这种情况下，当平面XY交换无阻挫时，我们进行了全面分析，发现了三个量子基态：一个U(1)量子自旋液体(QSL)、一个反铁四极矩有序态和一个非共面铁四极矩有序态。我们还考虑了有阻挫的XY交换情况，发现它有利于一个π通量QSL，具有低能自旋子激发的涌现线简并。这一特征极大地增强了QSL相对于经典有序的稳定性。