[論文レビュー] Spectrum and low-temperature bulk properties of triangular quantum spin liquid candidate NaYbSe$_2$

A. O. Scheie, Minseong Lee+19 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2024

Advanced Condensed Matter Physics被引用数 5

ひとこと要約

研究は中性子散乱、圧力下AC熱容量測定、およびAC磁化感受性を用いて、NaYbSe2が三角格子上におけるギャップを持つ量子スピン液体状態であることを示し、ほぼ2.1 μeVのギャップと100 mKまで磁的秩序がない。

ABSTRACT

We report neutron scattering, pressure-dependent AC calorimetry, and AC magnetic susceptibility measurements of triangular lattice NaYbSe$_2$. We observe a continuum of scattering, which is reproduced by matrix product simulations, and no phase transition is detected in any bulk measurements. Comparison to heat capacity simulations suggest the material is within the Heisenberg spin liquid phase. AC Susceptibility shows a frequency-dependent peak at 40 mK, as has been observed in several triangular magnets.

研究の動機と目的

• 三角格子上の量子スピン液体の探索を動機づける，特にYb系デルファソサイトで。
• NaYbSe2 がスペクトロスコピーと熱力学的プローブを組み合わせてQSL基底状態を持つかを決定する。
• 低エネルギーのスピンギャップの存在と大きさを特定し、それを理論的QSLモデルと関連づける。
• NaYbSe2をKYbSe2および他のAYbSe2化合物と比較してQSL相への近接性を評価する。

提案手法

• 分散をマッピングしスピン連続体とギャップを探索するための非弾性中性子散乱。
• 等方的圧力下でのAC熱容量法を用いて秩序転移の熱力学的兆候を探す。
• 低温ギャップと潜在的秩序を検出するためのAC磁化感受性。
• J1–J2三角格子ハミルトニアンをモデル化しスペクトraと比熱を解釈するための量子多体シミュレーション（行列積状態とTPQ）。
• KYbSe2および他のA YbSe2化合物との比較分析でQSL相への近接性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NaYbSe2は低温または圧力下で長距離磁気秩序を示すか。
• RQ2 磁気励起スペクトルはギャップがあるか，ある場合ギャップの大きさはどれくらいか。
• RQ3 NaYbSe2を記述する適切なスピンハミルトニアン（非等方性を持つJ1–J2）とは何か，それはQSL相にあるか。
• RQ4 NaYbSe2はギャップのあるZ2 QSLに対応するか，ギャップレスなU(1) Dirac QSLや他の競合相ではないか。

主な発見

• NaYbSe2は中性子散乱で高度に分散する連続体を示し，100 mKまで静的磁気秩序を示さない。
• AC感 suscept は約2.1 μeVの低エネルギーギャップを示す。
• 比熱とTPQ/MPSシミュレーションはNaYbSe2を三角QSL領域の近傍または内部に置き，并はJ2/J1が大きめで約0.07、easy-plane異方性と整合。
• データはギャップレスなU(1) Dirac QSLを排除し、スペクトルの自然な説明としてギャップを持つZ2 QSLを支持。
• 2 GPaまでの圧力下でAC熱容量法には鋭い秩序転移は観測されない。
• 中性子スペクトルはeasy-plane異方性を伴うJ1–J2モデルと定性的に一致し、MPSスペクトルは有限サイズ制約の範囲でこの解釈を支持する。