候选量子自旋冰 Pr$_2$Zr$_2$O$_7$ 中的本征无序
强关联电子
2025-09-15 v1
摘要
具有长程纠缠的量子自旋液体因在量子技术中的应用而备受关注。量子自旋冰 PrZrO 是一个极具前景的例子，人们认为其中结构无序通过引入类似于局部无序横向场效应的应变来劈裂基态双重态，在增强量子力学效应中起关键作用。然而，导致该行为的精确缺陷结构尚属未知。在此，我们利用中子与 X 射线散射技术并结合密度泛函理论，确定了 PrZrO 的本征缺陷结构。我们发现主要缺陷是 Pr 离子占据 Zr 位点，伴随有电荷补偿的 O 空位，以及邻近 O 离子向间隙位的弛豫。通过考虑因缺陷结构而在邻近位点上产生的非磁性单态，我们的结果解释了单离子磁性。这些单态解释了晶体电场激发中的附加特征。由于多个邻近 Pr 位点受到影响，这种低水平结构无序所引起的效应被放大。这对在磁漫散射中观察到的 pinch point 展宽做出了显著贡献，而此前该展宽被纯粹归因于量子效应。
引用
@article{arxiv.2509.10101,
title = {Intrinsic disorder in the candidate quantum spin ice Pr$_2$Zr$_2$O$_7$},
author = {T. J. Hicken and P. Meadows and D. Prabhakaran and A. Szabó and S. E. Dutton and C. Castelnovo and K. Moovendaran and T. S. Northam de la Fuente and L. Mangin-Thro and G. B. G. Stenning and M. J. Gutmann and G. Sala and M. B. Stone and P. F. Henry and D. J. Voneshen and J. P. Goff},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.10101},
year = {2025}
}
备注
9 pages, 3 figures