空位尖晶石化合物中的自旋 - 轨道纠缠分子 $j_{\rm eff}$ 态

通过自旋 - 轨道耦合实现的自旋和轨道自由度的纠缠一直是凝聚态物理研究的热点。在几种氧化铱系统中，由有效角动量 $j_{\rm eff}$ 标识的自旋 - 轨道纠缠态，在电子关联的帮助下可以容纳新颖的量子相。在此，我们展示了一系列空位尖晶石化合物 Ga$M_4X_8$ ($M$ = Nb, Mo, Ta, 和 W; $X$ = S, Se, 和 Te)，产生了一种作为新自旋 - 轨道复合体的$\textit{分子}$ $j_{\rm eff}$ 态，低能有效哈密顿量即基于此态构建。通过在外部和/或化学压力下调节带宽，可以获得广泛的电子关联范围，使我们能够研究自旋 - 轨道耦合与电子关联之间有趣的协同作用。作为说明性示例，我们分别在弱耦合和强耦合机制下研究了二维拓扑绝缘相和各向异性自旋哈密顿量。我们的发现可以为探索 $j_{\rm eff}$ 物理及其产生的涌现现象提供一个理想平台。