論文の概要: Tunable topological phases in nanographene-based spin-1/2
alternating-exchange Heisenberg chains
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.13590v1
- Date: Wed, 21 Feb 2024 07:45:05 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-22 16:32:32.186607
- Title: Tunable topological phases in nanographene-based spin-1/2
alternating-exchange Heisenberg chains
- Title（参考訳）: ナノグラフェン系スピン-1/2交互交換ハイゼンベルク鎖の可変位相
- Authors: Chenxiao Zhao, Gon\c{c}alo Catarina, Jin-Jiang Zhang, Jo\~ao C. G.
Henriques, Lin Yang, Ji Ma, Xinliang Feng, Oliver Gr\"oning, Pascal Ruffieux,
Joaqu\'in Fern\'andez-Rossier, Roman Fasel
- Abstract要約: 多体スピンシステムにおけるサイト選択スピン操作を実現する汎用プラットフォームを提案する。
我々の発見は理論計算によって裏付けられ、スピンベースの量子デバイスの開発に向けて有望な道を開く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.1791518522452
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Unlocking the potential of topological order within many-body spin systems
has long been a central pursuit in the realm of quantum materials. Despite
extensive efforts, the quest for a versatile platform enabling site-selective
spin manipulation, essential for tuning and probing diverse topological phases,
has persisted. Here, we utilize on-surface synthesis to construct spin-1/2
alternating-exchange Heisenberg (AH) chains[1] with antiferromagnetic couplings
$J_1$ and $J_2$ by covalently linking Clar's goblets -- nanographenes each
hosting two antiferromagnetically-coupled unpaired electrons[2]. Utilizing
scanning tunneling microscopy, we exert atomic-scale control over the spin
chain lengths, parities and exchange-coupling terminations, and probe their
magnetic response by means of inelastic tunneling spectroscopy. Our
investigation confirms the gapped nature of bulk excitations in the chains,
known as triplons[3]. Besides, the triplon dispersion relation is successfully
extracted from the spatial variation of tunneling spectral amplitudes.
Furthermore, depending on the parity and termination of chains, we observe
varying numbers of in-gap $S=1/2$ edge spins, enabling the determination of the
degeneracy of distinct topological ground states in the thermodynamic
limit-either 1, 2, or 4. By monitoring interactions between these edge spins,
we identify the exponential decay of spin correlations. Our experimental
findings, corroborated by theoretical calculations, present a phase-controlled
many-body platform, opening promising avenues toward the development of
spin-based quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 多体スピン系のトポロジカル秩序のポテンシャルを解き放つことは、長い間、量子物質の領域における中心的な追求であった。
広範囲にわたる努力にもかかわらず、様々なトポロジーフェーズのチューニングと探索に不可欠な、サイト選択的なスピン操作を可能にする多用途プラットフォームの探求が続いている。
ここでは,スピン1/2の交互交換ハイゼンベルク(ah)鎖と反強磁性カップリングであるj_1$とy_j_2$を,2つの反強磁性結合不対電子をホストするナノグラフェンを共有結合させることで構成する。
走査型トンネル顕微鏡を用いて,スピン鎖長,パリティ,交換結合終端の原子スケール制御を行い,非弾性トンネル分光法を用いて磁気応答を調べる。
本研究はトリップロンs[3]として知られる鎖のバルク励起のガッピング性を確認する。
さらに、トンネルスペクトル振幅の空間的変動からトリトン分散関係を抽出することに成功した。
さらに, 鎖のパリティと終端に依存して, 熱力学的極限1, 2, 2, 4の異なる位相基底状態の縮退を決定できるような, ギャップ内$S=1/2$エッジスピンの様々な数の観測を行う。
これらのエッジスピン間の相互作用を監視することにより、スピン相関の指数的減衰を同定する。
理論的計算によって裏付けられた実験結果から, スピンベースの量子デバイス開発に向けた有望な道を開く相制御多体プラットフォームが提示された。
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