Сильнокоррелированная спиновая жидкость в гербертсмитите

Автор: Шагинян В.Р., Попов К.Г.

Журнал: Известия Коми научного центра УрО РАН @izvestia-komisc

Статья в выпуске: 2 (10), 2012 года.

Бесплатный доступ

Экзотическая сильнокоррелированная квантовая спиновая жидкость (СККСЖ), состоящая из квазичастиц-спинонов со спином S = 1/2 и нулевым зарядом, формируется кагоме решеткой в изоляторе гербертсмитите ZnCu3 (OH)6Cl2. Спино- ны заполняют ферми-сферу с граничным импульсом р р . Проведены расчеты термодинамических и релаксационных свойств КСЖ. Результаты находятся в хорошем согласии с данными экспериментов. Наши вычисления выявили фундаментальные свойства СККСЖ: жидкость находится вблизи ферми-кон- денсатного квантового фазового перехода, а ее поведение идентично поведению сильнокоррелированных ферми-систем с тяжелыми фермионами (ТФ ) и 2D 3He. Предсказано, что тепловое сопротивление СККСЖ при постоянной температуре T и в магнитных полях B имеет поведение, аналогичное наблюдаемому в металлах с ТФ. Ключевым свойством КСЖ является спин-зарядовое разделение, когда заряд электрона локализован, а спин образует КСЖ, поэтому низкотемпературные термодинамические и транспортные свойства изолятора ZnCu3 (OH)6Cl2 подобны соответствующим свойствам металла с ТФ, а не изолятора.

Еще

Квантовые фазовые переходы, не ферми жидкостное основное состояние, спиновая динамика, спин-решеточная релаксация

Короткий адрес: https://sciup.org/14992522

IDR: 14992522

Список литературы Сильнокоррелированная спиновая жидкость в гербертсмитите

Balents L. Spin liquids in frustrated magnets//Nature. 2010. Vol. 464. P. 199-208.
Shores M.P., Nytko E.A., Bartlett B.M., Nocera D.G. A Structurally Perfect S = 1=2 Kagome Antiferromagnet//J. Am. Chem. Soc. 2005. Vol. 127. P. 13462-13463.
Helton J.S. et al. Spin Dynamics of the Spin-1=2 Kagome Lattice Antiferromagnet ZnCu3(OH)6Cl2//Phys. Rev. Lett. 2007. Vol. 98. P. 107204-107207.
de Vries M.A., Kamenev K.V., Kockelmann W.A.,Sanchez-Benitez J., Harrison A. Magnetic Ground State of an Experimental S = 1=2 Kagome Antiferromagnet//Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 100. P. 157205-157208.
Helton J.S. et al. Dynamic Scaling in the Susceptibility of the Spin-1=2 Kagome Lattice Antiferromagnet Herbertsmithite//Phys. Rev. Lett. 2010. Vol. 104. P. 147201-147204.
Han T.H. et al. Synthesis and characterization of single crystals of the spin-1=2 kagome-lattice antiferromagnets ZnxCu4􀀀x(OH)6Cl2//Phys. Rev. B. 2011. Vol. 83. P. 100402-100405(R).
Bert F., Mendels P. Quantum Kagome Antiferromagnet ZnCu3(OH)6Cl2//J. Phys. Soc. Jpn. 2010. Vol. 79. P. 011001-011010.
Lee S., Lee P.U. U(1) Gauge Theory of the Hubbard Model: Spin Liquid States and Possible Application to k -(BEDT -TTF)2Cu2(CN)3//Phys. Rev. Lett. 2005. Vol. 95. P. 036403-036406.
Motrunich O.I. Variational study of triangular lattice spin-1=2 model with ring exchanges and spin liquid state in k -(ET)2Cu2(CN)3//Phys. Rev. B. 2005. Vol. 72. P. 045105-11.
Ran Y., Hermele M., Lee P.A., Wen X.-G. Projected-Wave-Function Study of the Spin-1=2 Heisenberg Model on the Kagome Lattice//Phys. Rev. Lett. 2007. Vol. 98. P. 117205-117208.
Ryu S., Motrunich O.I., Alicea J., Fisher M.P.A. Algebraic vortex liquid theory of a quantum antiferromagnet on the kagome lattice//Phys. Rev. B. 2007. Vol. 75. P. 184406-184418.
Anderson P.W. Resonating valence bonds: A new kind of insulator?//Mater. Res. Bull. 1973. Vol. 8. P. 153-160.
Green D., Santos L., Chamon C. Isolated flat bands and spin-1 conical bands in twodimensional lattices//Phys. Rev. B. 2010. Vol. 82. P. 075104-075110.
Heikkila T.T., Kopnin N.B., Volovik G.E. Flat bands in topological media//http: arxiv.org/abs/1012.0905v5
Yan S., Huse D.A., White S.R., Spin-Liquid Ground State of the S = 1=2 Kagome Heisenberg Antiferromagnet//Science. 2011. Vol. 332. P. 1173-1176.
Shaginyan V.R., Amusia M.Ya, Msezane A.Z., Popov K.G. Scaling Behavior of Heavy Fermion Metals//Phys. Rep. 2010. Vol. 492. P. 31-109.
Shaginyan V.R., Msezane A.Z., Popov K.G. Thermodynamic properties of the kagome lattice in herbertsmithite//Phys. Rev. B. 2011. Vol. 84. P. 060401-060404.
Shaginyan V.R., Msezane A.Z., Popov K.G., Stephanovich V.A. Universal Behavior of Two-Dimensional 3He at Low Temperatures//Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 100. P. 096406-096409.
v. Löhneysen H., Rosch A., Vojta M., Wölfle P. Fermi-liquid instabilities at magnetic quantum phase transitions//Rev. Mod. Phys. 2007. Vol. 79. P. 1015-1075.
Jompol Y. et al. Probing Spin-Charge Separation in a Tomonaga-Luttinger Liquid//Science. 2009. Vol. 325. P. 597-601.
Gegenwart P. et al. High-field phase diagram of the heavy-fermion metal Y bRh2Si2//New J. Phys. 2006. Vol. 8. P. 171-182.
Ландау Л.Д. Òåîðèÿ ôåðìè-æèäêîñòè//ÆÝÒÔ. 1956. Ò. 30. Ñ. 1058-1066.
Clark J.W., Khodel V.A., Zverev M.V. Anomalous low-temperature behavior of strongly correlated Fermi systems//Phys. Rev. B. 2005. Vol. 71. P. 012401-012404.
Khodel V.A., Clark J.W., Zverev M.V. Topology of the Fermi surface beyond the quantum critical point//Phys. Rev. B. 2008. Vol. 78. P. 075120-075137.
Shaginyan V.R., Popov K.G., Stephanovich V.A., Fomichev V.I., Kirichenko E.V. High magnetic fields thermodynamics of heavy fermion metal Y bRh2Si2//Europhys. Lett. Vol. 93. P. 17008-17013.
Neumann M., Nyéki J., Cowan B., Saunders J. Bilayer 3He: A Simple Two-Dimensional Heavy-Fermion System with Quantum Criticality//Science 2007. Vol. 317. P. 1356-1359.
Gegenwart P. et al. Multiple Energy Scales at a Quantum Critical Point//Science 2007. Vol. 315. P. 969-971.
Imai T., Nytko E.A., Bartlett B.M., Shores M.P., Nocera D.G. 63Cu, 35Cl, and 1H NMR in the S=1=2 Kagome Lattice ZnCu3(OH)6Cl2//Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 100. P. 077203-077206.
Carretta P., Pasero R., Giovannini M., Baines C. Magnetic-field-induced crossover from non-Fermi to Fermi liquid at the quantum critical point of Y bCu5-xAux//Phys. Rev. B. 2009. Vol. 79. P. 020401-020404(R).
Khodel V.A., Schuck P. Universal behavior of the collision rate in strongly correlated Fermi systems//Z. Phys. B. 1997. Vol. 104. P. 505-508.

Еще

Статья научная