自旋液体候选材料TbInO3外延薄膜中的微波自旋共振
多体系统能量最小化通常倾向于形成有序态,但经典阻挫与量子涨落会破坏这种有序性。这两种效应的对抗可能产生奇异的量子物质态。量子自旋液体(QSL)态出现在局域磁矩模型中——当晶格连接方式导致有序化受阻,而相邻自旋间的交换作用又强化量子涨落时便会形成该态。由于缺乏序参量,在真实材料中实验确认QSL极具挑战性。需要通过综合多种技术获得的证据,才能准确判断阻挫自旋系统的基态本质(是否为QSL或其他态)。该工作采用共面超导谐振器探测候选自旋液体材料TbInO3外延薄膜中的磁激发。研究团队借鉴电路量子电动力学领域的微波技术,测量了这些因体积过小而无法应用传统块体技术分析的薄膜响应。从自旋共振信号提取的面内磁化率表明,磁性有序态在低至20mK时仍存在极端阻挫,这一温度比居里-外斯能量尺度低了两个数量级。通过晶体场分析,研究人员确定了构成基态的双重态本征态。由于非本征铁电性,Tb磁矩分裂为两种具有不同g因子的类型,分别反映各晶位的局域晶体场环境。自旋轨道耦合、晶体场、磁阻挫与非本征铁电性独特地协同作用,共同塑造了TbInO3的磁性基态。该研究建立了利用超导谐振器探测阻挫磁体薄膜的测量技术,并应用该技术构建了对TbInO3磁性的连贯认知体系。
量科快讯
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