復(fù)旦大學(xué)李世燕課題組在金屬自旋液體候選材料Pr2Ir2O7中發(fā)現(xiàn)巨大的各向同性磁熱導(dǎo)(圖文)

發(fā)布者：眺望科技                     發(fā)布日期：2021-03-04

近日，我系/應(yīng)用表面物理國家重點實驗室李世燕教授課題組與華中科技大學(xué)田召明副教授合作，利用極低溫?zé)彷斶\(yùn)手段首次系統(tǒng)研究了處在量子臨界點上的金屬自旋液體候選材料Pr2Ir2O7中的電子和磁激發(fā)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了巨大的各向同性磁熱導(dǎo)。相關(guān)研究了論文以“Giant isotropic magneto-thermal conductivity of metallic spin liquid candidate Pr2Ir2O7 with quantum criticality”為題，于2021年1月12日在線發(fā)表在《自然·通訊》(Nature Communications)上。李世燕教授和田召明副教授為共同通訊作者，我系博士生倪佳敏為第一作者。

 

Pr2Ir2O7是一個處在量子臨界點上的自旋液體候選材料，Pr的4f磁矩構(gòu)成燒綠石結(jié)構(gòu)。與普通自旋液體材料不同的是，Ir的5d電子是傳導(dǎo)電子，并且在沒有磁化的情況下可以產(chǎn)生反常霍爾效應(yīng)。阻挫的磁性結(jié)構(gòu)和巡游的傳導(dǎo)電子的結(jié)合使Pr2Ir2O7的基態(tài)被多種相互作用所控制，引起了人們廣泛的研究興趣。但仍然有兩個重要的問題有待解決：處在量子臨界點上的電子是否仍然是朗道準(zhǔn)粒子，以及燒綠石結(jié)構(gòu)所承載的奇異磁激發(fā)是否存在？

 

李世燕課題組通過極低溫?zé)釋?dǎo)率實驗系統(tǒng)研究了這兩個問題，發(fā)現(xiàn)Pr2Ir2O7滿足Wiedemann-Franz定律，排除了朗道準(zhǔn)粒子被破壞的可能性，為其量子臨界點的理論描述施加了很強(qiáng)的約束。Pr2Ir2O7的熱導(dǎo)率隨著磁場的增加在特定溫度以上迅速增加，呈現(xiàn)巨大的磁熱導(dǎo)效應(yīng)，說明熱導(dǎo)率中不存在磁單極子等奇異磁激發(fā)的正的貢獻(xiàn)，并且聲子被磁性系統(tǒng)劇烈散射。不同于各向異性的比熱結(jié)果，當(dāng)改變磁場方向時，熱導(dǎo)率并不隨之改變，呈現(xiàn)各向同性，進(jìn)一步證明了體系中不存在磁激發(fā)的熱導(dǎo)率貢獻(xiàn)。更為重要的是，各向同性的磁熱導(dǎo)說明Pr2Ir2O7中有區(qū)別于伊辛偶極矩漲落的橫向漲落，提示四極矩導(dǎo)致的量子漲落可能在該體系中起重要作用。這些結(jié)果為確定該新奇材料的真正基態(tài)提供了幫助。

 

圖（a）磁場平行于[111]方向時Pr2Ir2O7的0 T和5 T時的熱導(dǎo)率結(jié)果，實線是對5 T數(shù)據(jù)的擬合，虛線是Wiedemann-Franz定律滿足時電子項預(yù)期；（b）磁場平行于[111]方向和垂直于[111]方向熱導(dǎo)率結(jié)果的比較。

  

該項目受到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和上海市科委的資助。