論文の概要: Quantum Fluctuations Suppress the Critical Fields in BaCo$_2$(AsO$_4$)$_2$
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.15315v1
- Date: Fri, 22 Mar 2024 16:08:39 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-25 16:50:04.856173
- Title: Quantum Fluctuations Suppress the Critical Fields in BaCo$_2$(AsO$_4$)$_2$
- Title（参考訳）: BaCo$_2$(AsO$_4$)$_2$の臨界場を抑制する量子ゆらぎ
- Authors: Shiva Safari, William Bateman-Hemphill, Asimpunya Mitra, Félix Desrochers, Emily Z. Zhang, Lubuna Shafeek, Austin Ferrenti, Tyrel M. McQueen, Arkady Shekhter, Zoltán Köllö, Yong Baek Kim, B. J. Ramshaw, K. A. Modic,
- Abstract要約: BaCo$$(AsO$_4$)$$は、最近、結合依存(例えば、キタエフ)および第3隣人(J_3$)相互作用の候補ホストとして登場した。
平面外磁場方向の関数としてBaCo$(AsO$_4$)$の中間および高磁場位相図をマップする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Early efforts to realize exotic quantum ground states in frustrated magnets focused on frustration arising from the lattice geometry alone. Attention has shifted to bond-dependent anisotropic interactions, as well as further-neighbor interactions, on non-geometrically-frustrated lattices due to their greater versatility. The honeycomb magnet BaCo$_2$(AsO$_4$)$_2$ recently emerged as a candidate host for both bond-dependent (e.g. Kitaev) and third-neighbor ($J_3$) interactions, and has become a model experimental system due to its relatively low levels of disorder. Understanding the relative importance of different exchange interactions holds the key to achieving novel ground states, such as quantum spin liquids. Here, we use the magnetotropic susceptibility to map out the intermediate and high-field phase diagram of BaCo$_2$(AsO$_4$)$_2$ as a function of the out-of-plane magnetic field direction at $T = 1.6$ K. We show that the experimental data are qualitatively consistent with classical Monte Carlo results of the XXZ-$J_1$-$J_3$ model with small Kitaev and off-diagonal exchange couplings included. However, the calculated critical fields are systematically larger than the experimental values. Infinite-DMRG computations on the quantum model reveal that quantum corrections from a nearby ferromagnetic state are likely responsible for the suppressed critical fields. Together, our experiment and theory analyses demonstrate that, while quantum fluctuations play an important role in determining the phase diagram, most of the physics of BaCo$_2$(AsO$_4$)$_2$ can be understood in terms of the classical dynamics of long-range ordered states, leaving little room for the possibility of a quantum spin liquid.
- Abstract（参考訳）: フラストレーション磁石におけるエキゾチックな量子基底状態の実現に向けた初期の試みは、格子幾何学だけで生じるフラストレーションに焦点を当てていた。
注意は結合依存的な異方性相互作用、さらに隣同士の相互作用に移行した。
ハニカム磁石BaCo$_2$(AsO$_4$)$_2$は最近、結合依存(eg Kitaev)と第3隣の(J_3$)相互作用の候補ホストとして出現し、比較的低レベルの障害のためにモデル実験システムとなった。
異なる交換相互作用の相対的重要性を理解することは、量子スピン液体のような新しい基底状態を達成する鍵となる。
ここでは、BaCo$_2$(AsO$_4$)$_2$の中間および高磁場相図を、T = 1.6$Kの面外磁場方向の関数としてマッピングし、実験データが、小さな北エフと非対角交換結合を含むXXZ-$J_1$-$J_3$モデルの古典的モンテカルロ結果と質的に整合していることを示す。
しかし、計算された臨界場は実験値よりも体系的に大きい。
量子モデル上の無限DMRG計算により、近傍の強磁性状態からの量子補正が抑制された臨界場に寄与する可能性が示されている。
実験と理論分析により、量子揺らぎは相図を決定する上で重要な役割を果たすが、BaCo$_2$(AsO$_4$)$_2$の物理学のほとんどは、長距離秩序状態の古典力学で理解でき、量子スピン液体の可能性の余地はほとんど残っていないことが示されている。
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