Kitaev 超蜂窝结构 β-Li$_2$IrO$_3$ 中的磁子-自旋子二分性

近年来，边共享三配位铱酸盐和钌酸盐家族已成为 Kitaev 自旋液体物理的主要平台，其中自旋分化为具有类狄拉克色散的涌现磁通量和 Majorana 费米子。虽然此类奇异态通常在低温下被长程磁有序抢占，但具有长相干时间的 Majorana 费米子的特征被预测在中等及更高能标上显现，类似于在准一维自旋链中观测到的自旋子。在此，我们展示了利用创纪录高分辨率谱仪对超蜂窝铱酸盐 β-Li$_2$IrO$_3$ 在磁场下磁激发的共振非弹性 X 射线散射研究。在低温下，可在预测的相互交织的不 commensurate 螺旋和场诱导锯齿状有序附近分辨出色散自旋波，其激发能量最高达 16meV。2T 磁场使 ${\bf Q}=0$ 附近的色散软化。自旋波在磁场下的行为与我们针对基态和动力学自旋结构因子的半经典计算一致，该计算进一步预测随之产生的相互交织均匀态在极高场（100 T）下仍保持稳健。最显著的是，低能类磁子模叠加在一个宽泛的激发连续谱之上，该连续谱以 35meV 为中心并延伸至 100meV。这一高能连续谱至少存活至 300K——远高于 38K 的有序温度——并为邻近 Kitaev 自旋液体的长寿命 Majorana 费米子对提供了证据。