基于YbCuS$_2$锯齿形自旋-1/2链中4f电子的非公度量子磁体

我们进行了高分辨率粉末中子衍射实验，并在半导体稀土磁体YbCuS2中发现了椭圆螺旋非公度磁结构，其特征是形成锯齿形链的有效自旋-1/2 Yb$^{3+}$离子。将样品冷却至0.2 K时，我们观察到非常弱的磁峰，其指标化为沿锯齿形链的非公度传播矢量k = [0, 0.305, 0]。磁矩大小至少比Yb$^{3+}$ Kramers二重态基态的预期值小三分之一。在外加磁场中，在7.5 T处观察到上-上-下磁序，其特征为指标化为k = [0, 1/3, 0]的衍射峰和显著的均匀磁分量。这些观察结果与基于密度矩阵重正化群对锯齿形自旋-1/2模型的理论计算非常吻合，该模型具有各向同性Heisenberg相互作用和源自材料参数的非对角对称$\Gamma$型交换相互作用。该理论阐明了非公度磁性的量子力学本质，即向列二聚体单重态中的残余非对角自旋关联。