双三角晶格反铁磁体 K$_2$Co$_2$(SO$_4$)$_3$ 中的近似自旋液体行为

我们报道了 K$_2$Co$_2$(SO$_4$)$_3$ 中近似量子自旋液体行为，磁性 Co$^{2+}$ 离子嵌入高度失稳的三维双三角晶格中。单晶和高分辨率同步粉末 X 射线衍射实验揭示，在 $T_{\rm t} \simeq 125$ K 处发生结构相变，从高温立方相转变为低温单斜相，伴随三重超结构。磁化和热容实验一致显示，Co$^{2+}$ 在 50 K 以下形成 $J_{\rm eff} =1/2$ 态。在零场情况下，K$_2$Co$_2$(SO$_4$)$_3$ 显示静态磁序在 $T^* \simeq 0.6$ K 以下形成，但铁磁失宽实验显示在至少 50 mK 下仍存在较大的波动分量，类似于量子自旋液体 (QSL)。在约 1 T 的小磁场下，静态有序完全被抑制，低温热容显示该场上呈现 $T^2$ 行为，这是 QSL 的另一指纹。第一性原理计算显示，K$_2$Co$_2$(SO$_4$)$_3$ 呈现多种反铁磁耦合，使其成为研究双三角晶格几何中量子磁性的理想伪自旋-$\frac12$ 材料。