利用逆自旋霍尔效应探测平衡态下的量子自旋液体

我们提出一种实验方法，利用强自旋轨道耦合金属与量子磁体组成的双层结构，通过检测金属层中的电压噪声谱来探测缺乏长程磁有序的量子磁体，例如量子自旋液体。该双层结构处于热平衡与化学平衡中，由于逆自旋霍尔效应，跨越单一界面的自旋涨落被转换为金属层中的电压涨落。我们阐明了所提议双层系统的理论工作机制，并针对三种候选量子自旋液体模型，给出了金属层中测得的交流电阻增强的频率特征的精确预测。应用于海森堡自旋-$1/2$ kagomé 晶格模型应当能够提取出任何存在的自旋子能隙。由费米自旋子耦合到 $U(1)$ 规范场构成的量子自旋液体应导致耦合金属电阻呈现次主导的 $\W^{4/3}$ 标度行为。最后，若磁体可由无隙自旋液体相中的 Kitaev 模型很好地描述，则所提议的双层结构能够提取尽管费米子谱无隙但仍会出现的双通量能隙。因此，我们表明，在单一界面、平衡态双层中分析金属交流电阻的谱，可以检验某一量子自旋液体模型与给定候选材料的相关性。