从中子散射特征揭示偶极-八极量子自旋冰的足迹

近期关于 Ce$_2$Zr$_2$O$_7$ 的实验表明，该材料可能承载一种新颖的量子自旋冰形式——一种具有涌现光子的三维量子自旋液体。烧绿石晶格上的 Ce$^{3+}$ 局域磁矩由赝自旋 1/2 自由度描述，其分量在对称操作下作为偶极与八极矩变换。原则上，存在四种可能的量子自旋冰 regime，取决于 Ising 分量处于偶极/八极通道，以及涌现规范场两种可能的磁通构型。在此工作中，利用精确对角化与分子动力学，我们通过量子与经典计算研究了全部四种量子自旋冰 regime 中的等时与动力学自旋结构因子。对比四种可能量子自旋冰 regime 的量子与经典结果的独特特征并阐明量子涨落的作用，我们显示为 $\pi$-磁通八极量子自旋冰 regime 计算的量子结构因子与 Ce$_2$Zr$_2$O$_7$ 上的中子散射结果最为吻合。