[论文解读] 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 5

一句话总结

本研究使用中子散射、在压力下的交流量热法，以及交流磁化率，揭示 NaYbSe2 在三角格子上的一个带隙量子自旋液体态，存在约 ~2.1 μeV 的能隙，并且磁序在低至 100 mK 时也不存在。

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.

研究动机与目标

• 在三角格子上寻找量子自旋液体的动机，特别是在基于 Yb 的二水晶酸盐中。
• 通过结合光谱学和热力学探测，确定 NaYbSe2 是否具备 QSL 基态。
• 识别低能自旋隙的存在与大小，并将其与理论 QSL 模型联系起来。
• 通过将 NaYbSe2 与 KYbSe2 及其他 AYbSe2 化合物进行比较，评估其接近 QSL 相的程度。

提出的方法

• 利用非弹性中子散射绘制色散关系并搜索自旋连续带及能隙。
• 在静水压力下进行交流量热测量以寻找序相转变的热力学特征。
• 利用交流磁化率探测低温下的能隙和潜在的磁序。
• 量子多体模拟（矩阵积状态和 TPQ）来建模 J1–J2 三角格哈密顿量并解释谱和比热。
• 与 KYbSe2 及其他 A YbSe2 化合物进行对比分析以评估接近 QSL 相的程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 NaYbSe2 在低温或施压下是否表现出长期磁序？
• RQ2 磁激发谱是否有能隙，如有，能隙大小是多少？
• RQ3 描述 NaYbSe2 的合适自旋哈密顿量（带各向异性的 J1–J2）是否将其置于 QSL 相？
• RQ4 NaYbSe2 是否对应带隙的 Z2 QSL，而非带无穷大 U(1) Dirac QSL 或其他竞争相？

主要发现

• NaYbSe2 显示出在中子散射中的高度色散连续体，并且在低至 100 mK 时没有静态磁序。
• AC 磁化率指示存在约 2.1 μeV 的低能隙。
• 比热和 TPQ/MPS 模拟将 NaYbSe2 定位在或接近三角 QSL 区域，与较大的 J2/J1 (~0.07) 与易平面各向异性相一致。
• 数据排除了无隙的 U(1) Dirac QSL，更支持带隙 Z2 QSL 作为谱的自然解释。
• 在高压下至 2 GPa，AC 量热测量中未观察到尖锐的序相转变。
• 中子谱在 J1–J2 模型与易平面各向异性下在定性上是一致的，且 MPS 谱在有限尺寸限制内支持这一解释。