实验用 $S=1/2$ 卡戈米反铁磁体的磁基态

我们对 $x=1$ 的锌副氯铜矿 Zn$_x$Cu$_{4-x}$(OH)$_6$Cl$_2$ 进行了中子粉末衍射测量，并研究了 $0.5 \leq x \leq 1$ 范围内高达 9 T 磁场下的热容。最近的研究表明，$x=1$ 相是 $S=1/2$ 卡戈米反铁磁体的一个杰出实现。利用中子衍射观察到 Cu 位点和 Zn 位点之间存在微弱的 Cu$^{2+}$/Zn$^{2+}$ 混合，对应于 $x=1$ 时所有 Cu$^{2+}$ 的约 9%。这种“反位无序”为 $0.8 \leq x \leq 1$ 时热容的场依赖性提供了一致的解释。通过比较 $x = 0.8... 1$ 时推导出的 Zn 位点上 Cu$^{2+}$ 的占据率与磁化率，我们认为对于 $x = 0.8... 1$，锌副氯铜矿是一种没有自旋能隙的自旋液体。未配对但 nevertheless 强相互作用的自旋的存在导致了一个宏观简并的基态流形，且随着 $x$ 的降低，其动力学表现出越来越强的玻璃态特征。