外磁场下 Kitaev 磁体中的向列手性自旋液体

量子自旋液体（QSL）相——一种具有长程量子纠缠和分数化激发的奇异物质态——在 $\alpha$-RuCl$_3$ 中可能存在，这引发了在磁场下各类 Kitaev 模型中探索 QSL 的广泛兴趣。最近，通过拟合测得的热力学数据，提出了一个 $K$-$J$-$\Gamma$-$\Gamma'$ 模型来精确描述该化合物，其中 $J$ 为海森堡相互作用，$\Gamma$、$\Gamma'$ 是在主导 Kitaev 耦合 $K$ 之上的非对角交换。基于这一有效模型，预测了在沿 $[1 1 1]$ 方向的面外场中存在一个介于低场锯齿序与高场极化相之间的中间 QSL 相。结合密度矩阵重整化群（DMRG）、指数张量重整化群（XTRG）和变分蒙特卡洛（VMC）计算，我们探讨了蜂窝状 $K$-$J$-$\Gamma$-$\Gamma'$ 模型在 $[1 1 1]$ 方向场下该 QSL 相的性质。我们的 DMRG 计算发现了自旋关联函数的类代数衰减、有限的自旋标量手性序以及晶格向列序。结合 XTRG 得到的低温比热幂律结果，我们的发现自然地指向一个无能隙向列手性自旋液体。另一方面，我们的 VMC 研究发现了一种有能隙的向列手性自旋液体，其变分能量与 DMRG 所得非常接近。由于 VMC 发现的能隙极小，超出当前有限宽度圆柱上基态 DMRG 与有限温度 XTRG 计算的分辨率，我们将中间 QSL 性质的最终澄清留待未来研究。最后，我们讨论了我们的结果对近期 $\alpha$-RuCl$_3$ 实验及类似 $K$-$\Gamma$-$\Gamma'$ 模型中类 QSL 相的启示。