迈向烧绿石自旋液体 Tb2Ti2O7 的有效自旋哈密顿量

Tb2Ti2O7 是一种烧绿石反铁磁体，即使在 50 mK（迄今为止探索的最低温度，远小于居里-外斯温度 $T_{CW}\sim 14$ K 所设定的尺度）下，其自旋仍具有动力学特性且仅存在短程关联。该材料中长程有序的缺失尚未得到理解。最近，虚拟晶场激发（VCFEs）已被证明在 Tb2Ti2O7 中具有重要意义。虽然先前的研究发现，VCFEs 诱导的最近邻伊辛交换重整化会导致单个四面体上的自旋冰关联，但它们对自旋关联的影响尚未得到充分探索。在本文中，我们为烧绿石晶格上的 Tb2Ti2O7 构建了一个有效的自旋-1/2 低能理论。我们确定了晶格上的半经典基态，这使我们能够看到自旋冰的物理如何与 Tb2Ti2O7 可能的物理联系起来。我们观察到，随着量子修正变得更加显著，相边界相对于偶极自旋冰模型发生了移动。除了熟悉的经典偶极自旋冰模型相外，我们还在相图的大部分区域看到了 $q = 0$ 有序冰相的稳定化；尽管微观模型中存在反铁磁最近邻交换，但量子修正更倾向于铁磁关联。因此，可以看到，除了偶极相互作用在自旋冰中诱导冰状关联的效应之外，挫败感源于虚拟晶场激发。