蜂窝状 Li$_2$IrO$_3$ 中三重态二聚体形成引发的强阻挫三角自旋晶格

在量子磁性中，自旋二聚体通常与自旋单态相关联。迄今为止，尚未在任何三维或准二维材料中观察到$triplet$ $dimerization$（三重态二聚化）。鉴于此，我们在此讨论自旋轨道耦合驱动的 $5d^5$ Mott 绝缘体 Li$_2$IrO$_3$ 的电子结构，这是一种具有两种晶体学不等价 Ir-Ir 键的蜂窝晶格系统。通过$ab$ $initio$多体计算，我们发现虽然同时存在 Heisenberg 耦合和 Kitaev 耦合，但磁相互作用主要由仅在一组键上的强各向同性铁磁交换主导。这导致形成了有效置于强阻挫三角晶格上的三重态自旋二聚体。三重态二聚体在相图的很大区域内保持受保护状态，表明 Li$_2$IrO$_3$ 具有长程非公度磁基态，该基态在 Kitaev 交换相互作用的作用下超越了标准的平面螺旋构型。