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正方かごめ格子反強磁性体中のギャップレススピン液体
Gapless spin liquid in a square-kagome lattice antiferromagnet.
PMID: 32647219 PMCID: PMC7347939. DOI: 10.1038/s41467-020-17235-z.
抄録
量子スピン液体（QSL）状態の観測は、次世代産業を支える新しいスピントロニクスデバイスの開発とともに、凝縮系物理学の最も重要な目標の一つです。2次元量子スピン系におけるQSLは、幾何学的磁気フラストレーションによるものと考えられており、カゴメ格子がQSLの最も可能性の高い遊び場であると考えられている。本研究では、カゴメ量子反強磁性体であるKCuAlBiO(SO)Clを用いた初めてのQSL状態の実験結果を報告する。磁化率,磁化,熱容量,ミュオンスピン緩和(μSR)及び中性子非弾性散乱(INS)測定による包括的な実験的研究により、基底状態に近い低温でギャップレスQSLが形成されることを明らかにした。このQSLの振る舞いは、最近接交換相互作用を持つフラストレートハイゼンベルグモデルでは十分に説明できず、QSL状態の本質を明らかにするための理論的課題を提供している。
Observation of a quantum spin liquid (QSL) state is one of the most important goals in condensed-matter physics, as well as the development of new spintronic devices that support next-generation industries. The QSL in two dimensional quantum spin systems is expected to be due to geometrical magnetic frustration, and thus a kagome-based lattice is the most probable playground for QSL. Here, we report the first experimental results of the QSL state on a square-kagome quantum antiferromagnet, KCuAlBiO(SO)Cl. Comprehensive experimental studies via magnetic susceptibility, magnetisation, heat capacity, muon spin relaxation (μSR), and inelastic neutron scattering (INS) measurements reveal the formation of a gapless QSL at very low temperatures close to the ground state. The QSL behavior cannot be explained fully by a frustrated Heisenberg model with nearest-neighbor exchange interactions, providing a theoretical challenge to unveil the nature of the QSL state.