自旋冰量子熔化的数值证据：量子 - 经典交叉

我们对具有反铁磁纵向交换耦合 $J$ 和弱铁磁横向交换耦合 $J_\perp$ 的最近邻自旋-$\frac{1}{2}$ 烧绿石 XXZ 模型进行了无偏量子蒙特卡洛模拟。比热在 $T_{\mathrm{CSI}}\sim0.2J$ 处呈现一个宽峰，这与向经典库仑液体区域的交叉相关，该区域表现出被抑制的自旋冰单极子密度、展宽的 pinch-point 奇点以及 $|J_\perp|\ll J$ 时的 Pauling 熵，这与经典自旋冰一致。随着进一步冷却，当 $J_\perp>J_{\perp c}\sim-0.104J$ 时，熵重新开始衰减，产生另一个宽的比热峰，对应于向玻色量子库仑液体的交叉，其中自旋关联包含光子和量子自旋冰单极子的贡献。当 $J_\perp$ 负向增加并跨越 $J_{\perp c}$ 时，会发生从量子库仑液体到 XY 铁磁体的一级热相变。文中讨论了其与磁性稀土烧绿石氧化物的相关性。