两种铱氧化物、两种模型、两种方法：三维蜂窝材料磁性的比较研究

最近的两项理论工作研究了 Kitaev 相互作用在超蜂窝 ($\beta$-Li$_2$IrO$_3$) 和条状蜂窝 ($\gamma$-Li$_2$IrO$_3$) 铱氧化物中新观测到的非公度磁序中的作用。这些工作各自分析了不同的模型 ($JK\Gamma$ 与耦合锯齿链模型)，并使用了对比的方法 (经典分析与软自旋分析)。这些工作之间缺乏共性，妨碍了有意义的比较以及对这些反常序的正确理解。在本研究中，我们通过针对两种三维蜂窝铱氧化物，用两种方法求解两个模型，补全了这两项工作开启的未完图景。通过对模型、技术和材料的各种组合进行比较，我们发现各向同性键 $JK\Gamma$ 模型无论使用何种方法都能一致地预测 $\beta$-Li$_2$IrO$_3$ 的实验相，而 $\gamma$-Li$_2$IrO$_3$ 的实验相则可以通过带本征模混合的软自旋方法产生，与所用模型无关。为了获得更深入的见解，我们使用密度矩阵重整化群方法求解了与两种三维模型都相关的一维量子自旋链模型，以形成基准。我们发现，在一维模型中，经典和软自旋分析中的非公度关联仅在存在 $JK\Gamma$ 模型中发现的对称非对角交换 $\Gamma$ 时，才在量子极限下存活。我们还讨论了这些结果与实际材料的相关性。