烧绿石晶格上的几何阻挫四极矩与广义自旋液体

作为具有非磁性自由度的几何阻挫的一个实例，我们研究了烧绿石晶格上通过纯四极耦合相互作用的局域自旋$S\geq 1$矩的物理。在自旋-轨道耦合存在的情况下，最近邻四极矩之间有九个允许的耦合。我们确定了半经典相，并审视了该模型的相图。可以将哈密顿量视为由两个研究得很好的偶极模型副本以及它们之间的耦合组成，我们发现每个易平面偶极相都有两个四极对应相。由于几何阻挫在参数空间的广阔区域中都很重要，因此存在许多经典四极液体以及通过序-by-无序选择离散态的区域。具有四极矩的序-by-无序允许朗道理论中出现三次项，其效应出现在固定自旋$S$的蒙特卡洛模拟和味波计算中。我们展示了许多四极自旋液体的例子，包括一个实现秩-3对称张量规范理论并表现出六重针点奇异性的例子。我们讨论了不同自旋量子数的四极物理之间的显著差异。我们还讨论了与非Kramers稀土烧绿石材料的联系。