Kitaev exchange and field-induced quantum spin-liquid states in honeycomb α-RuCl(3).
Kitaev exchange and field-induced quantum spin-liquid states in honeycomb α-RuCl(3).
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DOI：
10.1038/srep37925
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发表时间：
2016-11-30
影响因子：
4.6
通讯作者：
Hozoi L
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yadav R;Bogdanov NA;Katukuri VM;Nishimoto S;van den Brink J;Hozoi L
在5d和4d氧化物和卤化物中的大的各向异性交换为新型的磁基态和激发态打开了大门，这在十年前是不可想象的。一个突出的例子是Kitaev自旋液体，它具有显著的特性，如量子信息的保护和马约拉纳费米子的出现。在这里，我们讨论了4d 5蜂窝卤化物α-RuCl 3的自旋液体行为的承诺。从先进的电子结构计算，我们发现，Kitaev相互作用是铁磁性的，在5d 5铱蜂窝氧化物，并确实定义了最大的超交换能标度。一个铁磁Kitaev耦合也支持由场依赖的磁化强度的详细分析。使用精确对角化和密度矩阵重整化群技术的扩展Kitaev-海森堡自旋哈密顿量，我们发现的迹象时，施加磁场的锯齿状秩序的过渡到带隙的自旋液体。我们的研究结果提供了一个统一的图片，最近的磁性和光谱测量这种材料和开放的前景实现量子自旋液体d5卤化物和氧化物一般的新观点。
Large anisotropic exchange in 5d and 4d oxides and halides open the door to new types of magnetic ground states and excitations, inconceivable a decade ago. A prominent case is the Kitaev spin liquid, host of remarkable properties such as protection of quantum information and the emergence of Majorana fermions. Here we discuss the promise for spin-liquid behavior in the 4d5 honeycomb halide α-RuCl3. From advanced electronic-structure calculations, we find that the Kitaev interaction is ferromagnetic, as in 5d5 iridium honeycomb oxides, and indeed defines the largest superexchange energy scale. A ferromagnetic Kitaev coupling is also supported by a detailed analysis of the field-dependent magnetization. Using exact diagonalization and density-matrix renormalization group techniques for extended Kitaev-Heisenberg spin Hamiltonians, we find indications for a transition from zigzag order to a gapped spin liquid when applying magnetic field. Our results offer a unified picture on recent magnetic and spectroscopic measurements on this material and open new perspectives on the prospect of realizing quantum spin liquids in d5 halides and oxides in general.
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