量子自旋液体候选材料 Ca$_{10}$Cr$_7$O$_{28}$ 中自旋子的特征证据

我们给出了量子自旋液体候选材料 Ca$_{10}$Cr$_7$O$_{28}$ 新的实验低温热容和详细的动力学自旋结构因子数据。测得的热容在 $0.1$ K $\lesssim T\lesssim0.5$ K 范围内表现出几乎完美的线性温度依赖，令人联想到费米型自旋子自由度。自旋结构因子展现出两个强信号能量区间，其呈现相当不同但均为漫散射的特征。我们通过一个有效的自旋子跳跃模型从理论上描述了这些发现，该模型关键依赖于系统中强铁磁耦合三角形的存在。我们的自旋子理论被证明能自然重现所测自旋结构因子的总体权重分布。特别地，我们认为自旋结构因子与热容的各种不同观测特征性质一致地表明了自旋子费米面的存在。对最低可达温度下热容的更仔细分析暗示了弱 $f$ 波自旋子配对项的存在，其在费米面上诱导出一个小的部分能隙（离散节点狄拉克点除外），并提示 Ca$_{10}$Cr$_7$O$_{28}$ 总体为 $\mathbb{Z}_2$ 量子自旋液体情形。