論文の概要: Fully Generalized Spin Models with Strain Effects of Kitaev Spin Liquid Candidate Materials

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.23909v1
• Date: Thu, 29 May 2025 18:02:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-02 19:47:52.609469
• Title: Fully Generalized Spin Models with Strain Effects of Kitaev Spin Liquid Candidate Materials
• Title（参考訳）: キタエフスピン液体候補物質のひずみ効果を持つ全一般化スピンモデル
• Authors: Pureum Noh, Hyunggeun Lee, Myung Joon Han, Eun-Gook Moon,
• Abstract要約: 完全に一般化されたスピンモデルである$epsilon$-$KJGammaGamma'$を導入し、任意の格子変形を$epsilon$に明示的に組み込む。 すべてのスピン交換相互作用とそのひずみ依存係数は密度汎関数理論計算から得られる。 epsilon$-$KJGammaGamma'$モデルの対称性解析は、$d5$イオン、例えば$alpha$-RuCl$_3$、およびコバルト系化合物を含む$d7$の両方に適用できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The $KJ\Gamma\Gamma'$ spin model-originally derived for an ideal $P\bar{3}1m$ symmetric geometry-has long served as a central framework for understanding candidate Kitaev materials. In realistic crystals, however, this ideal geometry is seldom realized, either at low temperatures or under external perturbations, limiting the model's quantitative applicability. Here we introduce a fully generalized spin model, denoted $\epsilon$-$KJ\Gamma\Gamma'$, that explicitly incorporates arbitrary lattice deformations $\epsilon$. All spin-exchange interactions and their strain-dependent coefficients are obtained from density-functional theory (DFT) calculations and a microscopic derivation of coupling constants for materials based on $d^5$ transition-metal ions. For $\alpha$-RuCl$_3$ under a strain of $3\%$, new emergent exchange channels acquire magnitudes comparable to their unstrained counterparts. Building on these parameters, we investigate strain-driven quantum phase transitions between competing magnetic states-including the zigzag order and the Kitaev quantum spin liquid (KQSL)-and identify a strain-induced topological transition within the KQSL states that offers a practical diagnostic of Kitaev physics. Furthermore, our symmetry analysis of the $\epsilon$-$KJ\Gamma\Gamma'$ model is applicable to both $d^{5}$ ions, such as $\alpha$-RuCl$_3$, and $d^{7}$ systems, including cobalt-based compounds.
• Abstract（参考訳）: KJ\Gamma\Gamma'$ スピンモデル-元は理想の $P\bar{3}1m$ 対称幾何学から導かれ、長い間、候補である北エフの材料を理解するための中心的な枠組みとして機能した。 しかし、現実的な結晶では、この理想的な幾何学は、低温でも外部の摂動の下でもほとんど実現されず、モデルの量的適用性を制限する。 ここでは、完全に一般化されたスピンモデル、すなわち $\epsilon$-$KJ\Gamma\Gamma'$ を導入する。 全てのスピン交換相互作用とそのひずみ依存係数は、密度汎関数理論(DFT)計算と、d^5$遷移金属イオンに基づく材料の結合定数の顕微鏡的導出から得られる。 $\alpha$-RuCl$_3$の場合、新しい創発的な交換チャネルは、制約のないものと同等の規模を取得する。 これらのパラメータに基づいて、ジグザグ位を含む競合する磁気状態とキタエフ量子スピン液体(KQSL)の間のひずみ誘起量子相転移を解析し、キタエフ物理の実用的な診断を提供するKQSL状態内のひずみ誘起トポロジカル遷移を同定する。 さらに、$\epsilon$-$KJ\Gamma\Gamma'$モデルの対称性解析は、コバルト系化合物を含む$\alpha$-RuCl$_3$や$d^{7}$システムのような$d^{5}$イオンにも適用できる。

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