三聚体磁体 Ba4Ir3O10 中奇异阻挫产生的量子液体
强关联电子
2020-05-08 v2
摘要
量子自旋系统（如磁性绝缘体）通常呈现经典磁有序，但此类经典态可通过两种已知阻挫机制让位于具有奇异纠缠的量子液体：含三角形基元晶格中的几何阻挫，以及 Kitaev 蜂窝晶格精确可解量子液体中的自旋轨道耦合阻挫。本文报道了一种新型阻挫量子液体的实验观测，其出现于一个出乎意料之处：磁性绝缘体 Ba4Ir3O10，其中 Ir3O12 三聚体形成无阻挫的正方形晶格。实验上我们发现一种持续至 0.2 K 的量子液体态，其由居里-外斯温度 -766 K 的强反铁磁相互作用所稳定。高达 3800 的惊人阻挫参数超越迄今任何已知铱酸盐。热容与热导率在低温下均呈线性，这是金属中的常见特征，但此处出现于绝缘体中，指向一种奇异量子液体态。仅以 2% 的 Sr 替代 Ba 便在 130 K 产生长程有序并摧毁线性-T 特征。尽管 Ba4Ir3O10 中的 Ir4+（5d5）离子看似形成共面共享 IrO6 八面体的 Ir3O12 三聚体，我们提出三聚体内交换被削弱，晶格重组为具有附加自旋的耦合一维链阵列。解耦一维链的极端极限可解释大部分但并非全部显著实验观测，表明链间耦合在这一导致量子液体的新颖阻挫机制中扮演重要角色。
引用
@article{arxiv.1901.04125,
title = {Quantum liquid from strange frustration in the trimer magnet Ba4Ir3O10},
author = {Gang Cao and Hao Zheng and Hengdi Zhao and Yifei Ni and Christopher. A. Pocs and Yu Zhang and Feng Ye and Christina Hoffmann and Xiaoping Wang and Minhyea Lee and Michael Hermele and Itamar Kimchi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.04125},
year = {2020}
}
备注
6 figures