带隙自旋轨道激子对低能赝自旋交换相互作用的影响

对包括基塔耶夫自旋液体与量子自旋冰在内的奇异量子磁基态的探索，已催生出若干量子材料，其中低能赝自旋-$1/2$双重态源自具有更高简并度的自旋轨道纠缠多重态的劈裂。此类系统包括$d$轨道与$f$轨道莫特绝缘体。当低能赝自旋-$1/2$能级与多重态的激发能级或“激子”之间的能隙不大时，低能赝自旋-$1/2$磁矩间的有效低能交换相互作用会因与激子耦合而获得显著修正。我们利用高阶微扰理论以及精确的Schrieffer-Wolff变换提取了这些修正。此类修正可通过重整海森堡交换或伊辛各向异性的强度与符号，甚至诱导键各向异性耦合（如基塔耶夫-$\Gamma$交换相互作用），从而影响低能赝自旋-$1/2$能级的交换矩阵。我们讨论了近期在各种钴酸盐与锇酸盐材料上的实验，这些实验暗示了该物理机制的普遍性与重要性。