三角量子反磁体 ErMgGaO$_4$ 中由竞争条纹与 120$^{\circ}$ 自旋关联导致的近似自旋液基态

ErMgGaO$_4$ 是一种量子反磁体，其中 Er$^{3+}$ 的准自旋-1/2 自由度装饰在二维 三角形平面上，而 Mg$^{2+}$ 和 Ga$^{3+}$ 的非磁性双层则呈无序。与其同胞化合物 YbMgGaO$_4$ 不同，我们的粉末 ErMgGaO$_4$ 样品在约 $T_g \sim 2.5$~K 处显示明显的自旋玻璃相变，约为其 Curie-Weiss 温度的 1/6。我们对这些粉末 ErMgGaO$_4$ 样品进行了新的无穿透性中子散射测量。在高能尺度上，我们观察到 Er$^{3+}$ 位于 $J=15/2$ 多重态中的晶体电场（CEF）跃迁，但首个激发 CEF 能级能量足够低（$\sim$ 3~meV），使得虚拟 CEF 跃迁可能影响交换耦合。在 E=0 时，我们观察到呈现扩散弹性散射的结构，分析方法采用适用于二维相关性的 Warren 线形状。结果显示 $T_g$ 以下主导 2D 条纹相关性，伴随在 $T_g$ 以上持续存在的 2D 120$^\circ$-型相关性。在低温下，低能无穿透成分显示出带宽约为 $\sim$ 0.8~meV 的连续谱。这种动态磁谱密度可在所有 $Q$、能量和温度下，作为高能和低能阻尼谐振子（DHO）的和来建模，其中高能 DHO 定义了 $\sim$ 0.8~meV 的带宽。我们采用线性自旋波理论对该无穿透散射进行建模，并以三角晶格上的 $J_1-J_2-\Delta$ 模型中的 $J_1/J_2=0.13 \pm 0.03$ 和 $\Delta=0.4 \pm 0.1$ 参数估计其自旋哈密顿量参数。这良好地描述了 ErMgGaO4 的低能态谱密度，并将其置于理论 $J_1-J_2-\Delta$ 相图中，接近自旋液与条纹有序相之间的预期量子相变边界。