自旋-1/2三聚体链中的拓扑非平凡$1/3$磁化平台态

拓扑非平凡的哈尔达尔相理论上可在自旋-1/2三聚体系统的$1/3$磁化（$M$）平台态中实现。然而，哈尔达尔相的典型特征——自旋激发间隙——尚未被实验验证。本文报道了对Na$_2$Cu$_3$Ge$_{4-x}$Si$_{x}$O$_{12}$（$x=0, 0.1\sim1.5$）自旋-1/2三聚体反铁磁链 compound 的核磁共振研究。在母体化合物（$x=0$）中，当外部磁场超过临界场$\mu_0$$H_{c}$ = 29 T时，自旋-晶格松弛率（$1/T_1$）显示显著不同的温度依赖性。$1/T_1(T)$在$1/3$-$M$平台态中的热激发行为证明了自旋激发间隙。通过用Si$^{4+}$取代Ge$^{4+}$，$1/3$-$M$平台态的临界场显著降低，例如在$x=1.0$样品中$\mu_0H_{c}=17$ T，这源于三聚体间耦合$J_2$的抑制。在17 T以上再次确认了带隙自旋激发，其规模在$\mu_0H\geq25.72$ T时显示温度依赖性。这些观察为哈尔达尔物理提供了进一步的洞见。