Universal scaling of the specific heat in $S=1/2$ quantum kagome antiferromagnet herbertsmithite
尽管进行了大量的研究，自旋为1/2的kagome海森堡反铁磁体中实现的量子自旋液体态在很大程度上仍然是难以捉摸的。在赫氏矿ZnCu $_3$（OH）$_6$ Cl $_2$（完美可果美晶格上的量子自旋液体候选物）中，由于其晶体结构内存在层间Cu/Zn反位无序，精确表征可果美层的本征物理性质是极其具有挑战性的。本文对磁场中的单矿物的比热和热导率进行了高分辨率的测量。我们的研究结果突出了由可果美层作为$T/H$（温度/磁场）的函数所产生的内禀磁比热贡献的出色的标度崩溃。此外，在零和施加的磁场中没有观察到热导率$κ/T(T\rightarrow 0)$中的剩余线性项，这表明不存在巡回无间隙激励。这些结果提出了一个新的图像的量子自旋液体状态的可果美层的赫氏硅钙石，其中本地化的孤儿自旋出现和相互作用与随机交换与非巡回量子自旋液体。
2021-06-14 cond-mat.str-el
Thermodynamic, dynamic and transport properties of quantum spin liquid in herbertsmithite from experimental and theoretical point of view
在我们的评论中，我们专注于量子自旋液体，定义的热力学，输运和弛豫性质的几何阻挫磁铁（绝缘体）所代表的herbertsmithite $\rm ZnCu_{3}(OH)_6Cl_2$。
2019-08-28 cond-mat.str-el quant-ph
Correlated impurities and intrinsic spin liquid physics in the kagome material Herbertsmithite
低能非弹性中子散射在可果美自旋液体化合物ZnCu 3（OD）6Cl 2（Herbertsmithite）单晶上揭示了能量转移E < 0.8 meV（~J/20）时杂质自旋之间的反铁磁相关性。动量的依赖性显着不同，从更高的能量散射所产生的内在的戈薇自旋。低能量波动的特点是波矢（1 0 0）和（0 0 3/2）附近的漫散射，这是一致的反铁磁相邻的三角形（Zn）中间层上的最近邻铜杂质对之间的相关性。相应的杂质晶格类似于一个简单的立方晶格在稀释极限低于逾渗阈值。这样的杂质模型可以描述先前的中子、NMR和比热数据。低能中子的数据是一致的存在下，一个小的自旋间隙（Δ ~ 0.7 meV）的可果美层，类似于最近观察到的NMR。区分铜杂质散射和平面可果美铜自旋散射的能力为探索本征自旋液体物理提供了新的途径。
2015-12-21 cond-mat.str-el
Symmetry Reduction in the Quantum Kagome Antiferromagnet Herbertsmithite
采用互补扭矩磁力仪和电子自旋共振的单晶体的赫氏石，最接近实现的量子戈薇反铁磁体具有自旋液体基态的日期，我们提供了新的见解不同的贡献，其磁性。在低温下，发现了两种不同类型的缺陷，它们与kagome自旋的磁耦合不同，令人惊讶的是，它们的磁响应与理想kagome晶格的三重对称性相矛盾，这表明存在一种全局结构畸变，这种畸变可能与自旋液体基态的建立有关。
2017-01-05 cond-mat.str-el
Comment on "Correlated impurities and intrinsic spin liquid physics in the kagome material Herbertsmithite" (T. H. Han et al., Phys. Rev. B 94, 060409(R) (2016))
最近，Han等人基于将杂质对其热力学性质的贡献与可果美晶格的贡献分开，对观察到的$\rm ZnCu_{3}(OH)_6Cl_2$赫氏硅钙石的行为进行了分析。作者开发了一个杂质模型来解释实验数据，并声称它与可果美层中存在的小自旋能隙是相容的。我们认为，他们提倡的模型是有问题的，与$\rm ZnCu_{3}(OH)_6Cl_2$的内在属性的观察和解释在最近的实验和理论研究相冲突。我们表明，在可果美层的间隙的存在本身并不是一个至关重要的，因为它不支配的热力学和运输性能的$\rm ZnCu_3(OH)_6Cl_2$。磁场中热输运的测量可以阐明$\rm ZnCu_{3}(OH)_6Cl_2$自旋液体物理的量子临界特性。
2016-09-18 cond-mat.str-el
Quantum spin liquids in the absence of spin-rotation symmetry: application to Herbertsmithite
有人认为，可果美晶格上的最近邻（NN）反铁磁海森堡（HAF）模型可能是理解在Herbertsmithite中发现的量子自旋液体（QSL）行为的一个很好的起点。我们调查可能的QSL阶段中存在的实验相关的自旋-旋转破缺扰动，如Dzyaloshinskiii-Moriya和伊辛相互作用，以及第二邻居反铁磁海森堡相互作用。我们使用的投影对称群分析的QSL阶段的奴隶费米子框架内，并系统地分类可能的QSL在这些扰动的存在。计算了相关量子线的动力学自旋结构因子，并研究了它们的影响。我们的计算揭示了分散功能的自旋结构因子嵌入在一个普遍弥漫的背景下，由于存在的分数S=1/2的激发称为自旋子。对于两个先前提出的$Z_2$状态，色散特性几乎不存在，漫散射在整个布里渊区的大能量窗口上占主导地位。这类似于在最近的非弹性中子散射实验中观察到的单重态晶体的Herbertsmithite的结构因子。此外，$Z_2$状态的自旋结构因子与主要是漫散射是带隙的，它可能是在最近的DMRG计算中观察到的NN HAF的带隙的QSL状态的图解连接。发现上述扰动增强了自旋结构因子的扩散性质，降低了自旋能隙的动量依赖性。我们还计算了电子自旋共振吸收谱，进一步表征自旋旋转对称性破缺微扰的作用，并可以揭示更多的性质的基态在Herbertsmithite。
2014-01-15 cond-mat.str-el
Valence bond phases of herbertsmithite and related copper kagome materials
最新的来自磁矩、电子自旋共振和二次谐波产生的证据表明，典型的量子自旋液体候选者--赫氏钙钛矿的对称性低于其x射线细化的三角空间群。在这里，我们认为已知的和可能的扭曲这种矿物类，以及相关的可果美铜氧化物和氟化物，将这些可能的价键模式，并评论它们的相关性，这些有趣的材料的物理。
2020-01-16 cond-mat.str-el
Heat conduction in herbertsmithite: field dependence at the onset of the quantum spin liquid regime
本文报道了在高达15 T的磁场中，在宽温度范围（0.05-120 K）内，对六方硼镁石单晶的热导率进行了测量。我们还报告测量的热霍尔效应，发现是消失的小。在高温下，在顺磁区，热导率具有可忽略的场依赖性。在冷却和发展的相关性，一个明确的单调场依赖性低于约20 K的信号，一个新的特征温度标度，可以反映微妙的交叉朝向量子自旋液体制度的开始。退禁闭的自旋子，如果存在的话，没有检测到和声子，作为主要的热载体，强烈散射的内禀自旋激发和磁缺陷。考虑到影响内禀自旋所需的巨大磁场，大部分场致演化归因于某些磁缺陷的渐进极化。通过阐述一个唯象模型，我们提取这些主要散射中心的磁化强度，这并不类似于布里渊函数的自由自旋1/2，需要超越孤立的顺磁自旋的范例。此外，发病的非单调场依赖性低于约2 K强调存在另一个特征温度标度，以前突出与其他测量，并揭示了新的光的相图的herbertsmithite下降到最低温度。
2023-02-27 cond-mat.str-el
Herbertsmithite and the Search for the Quantum Spin Liquid
量子自旋液体形成了一类新的物质，尽管存在强交换相互作用，但在最低测量温度下，自旋并不有序。通常，这些发生在晶格中，以阻止磁性的出现。在二维中，经典的例子是由角共享三角形组成的kagome晶格。有多种矿物的过渡金属离子形成这样的晶格。因此，已经研究了其中的一些，然后进行合成，以获得更原始的样品。特别值得注意的是2005年Dan Nocera小组的报告，该报告合成了由位于可果美晶格上的铜离子晶格组成的赫伯茨米特，尽管存在17 meV的大交换相互作用，但在最低测量温度下确实不有序。在过去的十年中，这种材料被广泛研究，产生了许多有趣的惊喜，反过来又激发了对kagome晶格上自旋1/2海森堡模型的理论研究的兴趣。在这篇学术讨论会文章中，我将回顾这些进展，然后讨论潜在的未来方向，包括实验和理论，以及掺杂这些材料的挑战，希望这可能导致发现新的拓扑和超导相。
2016-12-02 cond-mat.str-el
Identification of Strongly Correlated Spin Liquid in Herbertsmithite
奇异量子自旋液体是由自旋为1/2的费米子自旋子等假设粒子构成的。在这里，我们计算它的热力学和弛豫性质。我们的计算揭示了QSL的基本性质，形成了位于费米凝聚量子相变的强关联费米系统。这些都是在一个很好的协议与实验数据，使我们能够检测QSL的行为，在重费米子金属中观察到的。我们预测，在固定温度下施加磁场的QSL的热阻率表现出非常特殊的行为。我们的研究结果的主要特点是存在的自旋-电荷分离和QSL形成的巡游重自旋在herbertsmithite。
2011-11-11 cond-mat.str-el quant-ph
Scaling in Dynamic Susceptibility of Herbertsmithite and Heavy-Fermion Metals
本文提出了量子自旋液体的动态磁化率理论。所得到的结果是在很好的协议与实验事实上收集的Herbertsmithite ZnCu 3（OH）6Cl 2和重费米子金属，并允许我们预测一个新的缩放磁场的动态磁化率。在强磁场的作用下，量子自旋液体变得完全极化。我们发现，这种极化可以被看作是一种表现的间隙激发时，调查的自旋-晶格弛豫率。
2012-08-11 cond-mat.str-el quant-ph
Magnetization Plateau Observed by Ultra-High Field Faraday Rotation in a Kagomé Antiferromagnet Herbertsmithite
为了研究ZnCu 3（OH）6Cl 2的强场磁化过程，在高达190 T的磁场中对单晶进行了法拉第旋转（FR）测量.从FR角评估的磁化数据在低温下表现出150 T以上的饱和行为，这归因于1/3磁化平台。基于最近邻海森堡模型的理论模型再现了磁化过程的整体行为。这表明在基态下，赫氏石是一种近似的可果美反铁磁体，拥有一种理想的量子自旋液体。一个显着的特点是超线性磁化强度的增加，这是在对比的布里渊函数型增加通过常规的磁化强度测量观察到的，并表示从位于Zn网站的FR信号的自由自旋的贡献减少。
2020-09-26 cond-mat.str-el
Dynamic Scaling in the Susceptibility of the Spin-1\2 Kagome Lattice Antiferromagnet Herbertsmithite
自旋为1/2的kagome晶格反铁磁矿物ZnCu $_{3}$（OH）$_{6}$ Cl $_{2}$是量子自旋液体基态的候选材料。我们表明，这种材料的磁响应显示一个不寻常的标度关系，在这两个散装交流磁化率和低能量动态磁化率测量的非弹性中子散射。$χT^α$与$α\simeq 0.66$的量可以表示为$H/T$或$ω/T$的通用函数。这种缩放讨论中看到的系统中的无序或接近量子临界点的影响类似的行为。
2010-04-06 cond-mat.str-el
Nature of optical excitations in the frustrated kagome compound Herbertsmithite
光学电导率测量相结合的密度泛函理论计算，以了解的电动力学响应的挫折莫特绝缘体Herbertsmithite $\mathrm{ZnCu_{3}(OH)_{6}Cl_{2}}$和密切相关的kagome晶格化合物$\mathrm{Y_{3}Cu_{9}(OH)_{19}Cl_{8}}$。我们确定这些材料的电荷转移，而不是莫特-哈伯德绝缘体，类似于高$T_c$铜酸盐母体化合物。带边分别为3.3和3.6 eV，确定了这些化合物的绝缘性质。在带隙内，我们观察到Cu $3d$轨道之间的偶极禁戒局部电子跃迁在1- 2 eV的范围内。与\textit{ab initio}计算的帮助下，我们表明，在这些系统中的电动力学响应是直接相关的现场库仑排斥的作用：而电荷转移过程有其起源的配体带和铜$3d$上哈伯德带之间的过渡，\textit{local} $d$ - $d$激发仍然相当不受相关性。
2017-11-30 cond-mat.str-el
Evidence for a Parity Broken Monoclinic Ground State in the S = 1/2 Kagomé Antiferromagnet Herbertsmithite
在理想Kagomé晶格上，S = 1/2的最近邻自旋相互作用可以形成多种量子纠缠态，包括量子自旋液体和价键固体.在实际材料中，额外的微扰自旋相互作用的存在可能会进一步扩大纠缠态的种类，最近的理论分析表明，这些纠缠态可以通过特定离散点群对称性的自发丧失来识别。在这里，我们全面解决的基态点群对称性的原型Kagomé SL候选人ZnCu $_3$（OH）$_6$ Cl $_2$（Herbertsmithite）使用光学椭偏法和波长相关的多谐波光学偏振法相结合。我们发现了一个微妙的宇称打破单斜结构扭曲的温度高于最近邻交换能标度。令人惊讶的是，宇称破缺的序参量在冷却后显著增强，并密切跟踪最近邻自旋相关的建立，这表明它在能量上受到SL状态的青睐。改进的低温对称群大大限制了可行的基态的数量，并且在微扰极限下，指向形成一个$Z_2$条纹SL基态-一个SL类似物的液晶。
2019-10-30 cond-mat.str-el
Scale-free antiferromagnetic fluctuations in the S=1/2 kagome antiferromagnet herbertsmithite
赫贝斯密斯矿[ZnCu 3（OH）6 Cl 2]是s = 1/2 kagome反铁磁体的一种接近理想的实现，其中子能谱和漫中子散射揭示了量子自旋液体的标志性性质：在没有时间平均有序矩的情况下，瞬时短程反铁磁关联。这些动力学反铁磁关联仅很弱地依赖于中子能量转移和温度，并持续到25 meV和120 K。在低能量转移的磁散射的低Q值的位移观察到随着温度的升高，提供了无隙自旋的证据。有人认为，这些意见提供了重要的证据，有利于（掺杂）莫特绝缘体的RVB理论。
2009-12-21 cond-mat.str-el
Topological excitations and the dynamic structure factor of spin liquids on the kagome lattice
最近对自旋为1/2的kagome晶格反铁磁体ZnCu 3（OH）6Cl 2（Herbertsmithite）的中子散射实验首次提供了在二维空间中量子自旋液体状态中的分数激发的证据。与现有的自旋液体理论模型相比，测得的动态结构因子揭示了一个激发连续体，它是显着平坦的频率的函数，几乎没有动量依赖性沿几个高对称性方向。在这里，我们表明，许多实验观察到的功能可以解释在Z2自旋液体的拓扑vison激发的存在。这些介子在可果美晶格上形成平坦的能带，因此充当自旋携带激发的动量汇，这些自旋携带激发通过中子散射探测。我们计算了两种不同的Z2自旋液体的动态结构因子，发现其中一种描述了Herbertsmithite以及以上的一个非常低的能量截止。
2013-08-09 cond-mat.str-el
Combinatorial exploration of quantum spin liquid candidates in the herbertsmithite material family
本文用密度泛函理论对 herbertsmithite 家族的阳离子和卤素取代物进行组合筛选，依据结构、热力学、合成可行性及层畸变选出量子自旋液体候选材料。
2023-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Li doping kagome spin liquid compounds
铁橄榄石和锌掺杂的钾镁矾是实验上实现二维带隙可果美自旋液体的两种化合物。理论上，有人提出电荷掺杂量子自旋液体会产生奇异的金属态，如高温超导性。然而，最近的一项实验表明，成功的锂掺杂后，即使在重掺杂的情况下，也令人惊讶地显示出绝缘状态，这很难用多体物理来解释。利用第一性原理计算，对这两种化合物的锂插层掺杂效应进行了全面的研究。对于Li掺杂的六方锂矿，我们确定了Cl-（OH）$_3$ -Cl五面体位点处的优化Li位置，而不是先前推测的Cl-（OH）$_3$四面体位点。随着Li掺杂浓度的增加，由于Li离子向Cu离子的电荷转移，饱和磁化强度线性下降。此外，我们发现，Li与附近的（OH）$^-$和Cl $^-$离子形成化学键，这降低了周围的化学势，并捕获电子，如局部电荷分布所证明的，解释了实验测量的绝缘行为。虽然锌掺杂的巴氏石具有与锂掺杂的巴氏石不同的结构，但其表现出与锂掺杂的巴氏石相同的特征。我们认为Li掺杂这类Kagome自旋液体不能实现奇异金属态，其他方法还有待进一步探索，如用不同价电子的元素替代。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermodynamic Properties of the Quantum Spin Liquid Candidate ZnCu$_{3}$(OH)$_{6}$Cl$_{2}$ in High Magnetic Fields
我们报告的比热和磁化强度的单晶样品的自旋1/2 kagome化合物ZnCu $_{3}$（OH）$_{6}$ Cl $_{2}$（herbertsmithite），一个有前途的量子自旋液体的候选人，在高磁场和低温下的测量。在$T$ = 0.4 K时，磁化强度达到$μ_{0}H$ = 55 T，表明在高于$\sim10$ T的磁场中弱相互作用杂质磁矩达到饱和。在高达18 T的磁场中，测量比热低至$T < 0.4$ K，揭示了$T$ -线性和$T$ -平方贡献。的$T$线性贡献是令人惊讶的大，并表明在大的应用领域的无隙激发的存在。这些结果进一步突出了不寻常的激发光谱的自旋液体基态的herbertsmithite。
2014-02-11 cond-mat.str-el
Field-Induced Freezing of a Quantum Spin Liquid on the Kagome Lattice
本文报道了S= 12 Cu ~（2+）反铁磁体Herbertsmithite ZnCu_3（OH）_6Cl_2在磁场为2 ~ 12 T、温度为45 mK时的~（17）O NMR谱。虽然Herbertsmithite在零磁场下表现出无带隙的自旋液体行为，但我们发现在亚开尔文温度下由外加磁场诱导的自旋固相不稳定性。后一阶段显示出很大程度上抑制的时刻$\lesssim 0.1\muB$和缺口的激励。H-T相图表明在小而有限的磁场μ 0 Hc=1.55（25）T处存在量子临界点。我们讨论了这一发现的光的微扰Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，理论上提出了维持量子临界制度的量子戈薇海森堡反铁磁模型。
2011-11-29 cond-mat.str-el
Single crystal growth of Cu4(OH)6BrF and universal behavior in quantum spin liquid candidates synthetic barlowite and herbertsmithite
合成的巴洛石Cu 4（OH）6 BrF是一种新型的量子自旋液体（QSL）主体，含有由层间Cu 2+离子分隔的S=1/2的可果美层。类似于合成的赫氏矿物ZnCu 3（OH）6Cl 2，已经报道了Zn 2+取代层间Cu 2+诱导QSL基态。在这里，我们报告了一个可扩展的合成单晶Cu 4（OH）6 BrF。通过X射线、中子和电子衍射测量，结合魔角旋转19 F和1H NMR光谱，我们解决了先前报道的层间Cu 2+离子的位置无序，并发现该结构在正交空间群Cmcm中得到最好的描述，晶格参数a = 6.665（13）A，b = 11.521（2）A，c = 9.256（18）A和层间Cu ~（2+）离子的有序排列。O-H和F-H伸缩振动频率的红外光谱测量表明，Zn ~（2+）取代Cu ~（2+）后仍保持正交对称性。比热和磁化率测量的Zn取代的巴洛石，ZnxCu 4-x（OH）6 BrF，揭示了惊人的相似性的行为ZnxCu 4-x（OH）6Cl 2。这些相似之处意味着即使在存在小的对称性破缺扭曲的情况下，铜戈薇晶格的普遍行为。因此，合成的巴洛石证明了合成的Cu 2 + kagome矿物的物理学的普遍性，并进一步发展真正的QSL状态。
2018-01-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Discovering Strongly Correlated Quantum Spin Liquid
强关联费米系统是物理学中最有趣和最基本的系统之一。我们表明，锌铜（OH）6Cl 2可以被看作是一种新型的强相关的电绝缘体，具有重费米子金属的性质，但有一个例外：它抵抗电荷的流动。我们证明，赫氏矿的低温特性是由强相关的量子自旋液体与这样的假设粒子，如费米自旋，携带自旋1/2和不带电荷。我们的热力学和弛豫性质的计算是在最近的实验事实很好的协议，并允许我们揭示他们的标度行为，这非常类似于在重费米子金属中观察到的。对强关联费米系统动态磁化率的分析表明，系统至少存在两种标度。
2012-10-03 cond-mat.str-el
Emergence of spin singlets with inhomogeneous gaps in the kagome Heisenberg antiferromagnets Zn-barlowite and herbertsmithite
由挫挫自旋排列在角共享三角形晶格中形成的kagome Heisenberg反铁磁体是容纳由纠缠自旋单态组成的量子自旋液体（QSL）基态的主要候选者。但是，由于存在各种竞争态，因此很难对QSL的基态进行令人信服的理论预测，需要从模型材料中寻找实验线索。kagome晶格材料Zn-barlowite ZnCu $_{3}$（OD）$_{6}$ FBr和herbertsmithite ZnCu $_{3}$（OD）$_{6}$ Cl $_2$不表现出长程序，并且它们被认为是迄今已知的kagome海森堡反铁磁体的最佳实现。本文利用$^{63}$ Cu原子核四极共振结合拉普拉斯逆变换（ILT），对无序影响下精细量子基态的不均匀性进行了局域探测。我们提出了直接的证据与空间变化的激发间隙的自旋单线态的逐渐出现，但即使在远低于超交换能量标度的温度下，其分数被限制在约60%的总自旋。理论模型需要考虑无序的作用，以解释观察到的非均匀间隙行为。
2022-03-08 cond-mat.str-el
Is Herbertsmithite far from an ideal antiferromagnet? Ab-initio answer including in-plane Dzyaloshinskii-Moriya interactions and coupling with extra-plane impurities
赫伯特司石的磁性行为受平面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和额外平面杂质影响，表明二维模型无法完全描述其物理特性。
2025-11-03 cond-mat.str-el
Fractionalized excitations in the spin liquid state of a kagomé lattice antiferromagnet
磁性材料中可能会出现新的物理学，其中量子涨落由于维度的降低和强烈的挫败而增强。一个长期寻找的例子是共振价键（RVB）状态，其中原子磁矩是强相关的，但即使在T -> 0的极限下也不会有序或冻结。RVB的基态不破坏传统的对称性，如晶格平移或自旋旋转。这种量子自旋液体在二维空间中的实现将代表一种新的物质状态。人们认为自旋液体物理在高温超导现象中起着重要的作用，自旋液体状态的拓扑性质可能在量子信息领域中有应用。我们提出了自旋1/2 kagomé晶格反铁磁体ZnCu 3（OD）6Cl 2（也称为herbertsmithite）的单晶样品的自旋激发的中子散射测量。我们在二维磁体中观察到的自旋连续体是第一个引人注目的。这些结果可以作为赫氏体中量子自旋液体状态的关键指纹。
2013-07-18 cond-mat.str-el
Specific Heat of the Kagome Antiferromagnet Herbertsmithite in High Magnetic Fields
在高磁场（高达$34$ T）中测量的比热，使我们能够隔离的低温戈薇贡献，同时移走外来肖特基的贡献。kagome贡献遵循原始的幂律$C_{p}(T\rightarrow0)\propto T^α$与$α\sim1.5$，并发现在温度$1\leq T\leq4$ K下，$28$和$34$ T之间是场无关的。这些是严重的限制，当涉及到复制使用低温外推高温系列扩展。如果大约$10$ %的可果美位点没有贡献，我们设法再现实验观察结果。在$0$和$34$ T之间，计算出的比热具有微小的场依赖性，然后支持零场中的代数温度依赖性，典型的临界自旋液体基态。有效稀释的可果美平面的需要进行了讨论，并可能与存在的铜离子的interplane锌网站。在非常低的温度和中等的领域，我们也报告了一些小的领域引起的异常的总比热，并开始详细的相图。
2021-09-13 cond-mat.str-el
Spinon mediation of witness spin dynamics in herbertsmithite
University of Oxford（牛津大学）；University College Cork（科克大学学院）；Cardiff University（卡迪夫大学）；University of Bristol（布里斯托大学）；Max Planck Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固体的研究所）；Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体化学物理研究所）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Cornell University（康奈尔大学）
研究通过自旋噪声光谱探测赫伯特斯密特石中自旋子介导的见证自旋动力学，发现其行为与量子自旋液体中的自旋子传播一致，并揭示了自旋玻璃相的临界温度。
2026-04-16 cond-mat.other cond-mat.str-el
Selective doping Barlowite for quantum spin liquid: a first-principles study
巴氏石$Cu_4(OH)_6FBr$是一种新发现的含$Cu^{2+}$晶面的矿物。尽管在许多方面与公知的量子自旋液体（QSL）候选物Herbertsmithite $Cu_3Zn(OH)_6Cl_2$相似，但本征巴洛石证明不是QSL，可能是由于在诱导kagome间磁相互作用的kagome平面之间存在$Cu^{2+}$离子[PRL，113，227203（2014）]。利用第一性原理计算，系统地研究了等价配体离子选择性取代配体间铜离子的可行性.与先前使用较大掺杂剂（例如$Cd^{2+}$和$Ca^{2+}$）的推测不同，我们确定在形成具有最高位点选择性和最小晶格畸变的$Cu_3Mg(OH)_6FBr$和$Cu_3Zn(OH)_6FBr$中最理想的化学计量掺杂元素为Mg和Zn。Mg/Zn掺杂的巴氏石中的平衡反位无序估计比Herbertsmithite中的低一个数量级。单电子能带结构和轨道成分分析表明，所提出的选择性掺杂有效地减轻了巴洛石和赫氏石之间的差异。
2015-04-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Properties of an algebraic spin liquid on the kagome lattice
在最近的工作中，我们讨论了一种特殊的代数自旋液体（ASL）可能是S = 1/2 kagome晶格海森堡反铁磁体的基态。这种没有自旋能隙的状态，在最近对锌铜矿（ZnCu 3（OH）6Cl 2）的实验中很有吸引力。在这里，我们更详细地研究这个ASL的属性，使用低能量有效场论和Gutzwiller投影波函数。我们确定的竞争秩序的ASL -其中，我们发现一组磁订单躺在M-点的布里渊区，q = 0磁有序状态，“黑斯廷斯”价键固体（VBS）状态，和模式的矢量自旋手性排序对应的Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）的相互作用项存在于herbertsmithite。我们讨论了在实验中的磁性和VBS竞争订单的检测。虽然我们专注于一个干净的系统没有DM相互作用，我们认为小DM相互作用的影响，并认为，令人惊讶的是，它会导致自发破缺的时间反演对称性（DM相互作用，保持XY自旋旋转对称性，也有XY磁序）。我们对投影波函数的分析提供了对表征ASL所有低能激发的“费米速度”的估计-这使我们能够估计比热，这与实验相比是有利的。我们还研究了投影波函数的自旋和键关联，并与有效场论的结果进行了比较。虽然有效场论中的自旋关联和波函数似乎匹配得相当好（尽管不完全），但键关联更令人困惑。最后，我们讨论的实验在赫氏石，并作出几个预测。
2008-06-09 cond-mat.str-el
Electron correlation effects and spin-liquid state in the Herbertsmithite Kagome lattice
本文利用实空间变分量子蒙特卡罗方法，结合共振价键波函数，研究Herbertsmithite Kagome体系中Zn掺杂浓度对电子关联效应的影响，并探讨了由长程关联能驱动的量子自旋液体态的形成机制。
2024-11-06 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-ph
Site-Specific Structure at Multiple Length Scales in Kagome Quantum Spin Liquid Candidates
在实际物质中实现量子自旋液体（QSL）基态是凝聚态物理研究的前沿课题。在这种追求中，充分表征缺陷的结构和影响至关重要，因为这些缺陷会显著影响脆弱的QSL物理。在这里，我们进行了各种尖端的同步加速器X射线散射和光谱技术，我们提出了新的方法，为特定地点的衍射和L-边锌吸收光谱。实验结果以及我们的第一性原理计算解决了两个领先的可果美QSL候选人，锌取代的巴洛石铜$_3$锌$_{x}$铜$_{1-x}$（OH）$_6$ FBr和Herbertsmithite铜$_3$锌（OH）$_6$氯$_2$的本地和远程结构的突出问题。在探测的所有长度尺度上，没有证据表明Zn取代了可果美层，从而保留了可果美晶格的QSL物理学。我们的计算表明，反位无序是不是积极有利的，甚至更不利的锌-barlowite相比，herbertsmithite。特定位点的X射线衍射测量的锌巴洛石揭示，Cu $^{2+}$和Zn $^{2+}$选择性地占据不同的层间位点，在对比的herbertsmithite。使用第一次测量的Zn L-边非弹性X-射线吸收光谱结合计算，我们发现了一个系统之间的相关性损失的反转对称性从假八面体（herbertsmithite）三角棱柱协调（锌barlowite）与出现一个新的峰值。总的来说，我们的测量表明，锌-巴洛石具有结构优势，使其磁性能更接近理想的QSL候选人：其kagome层是高度耐磁缺陷，…
2020-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Crystal chemistry criteria of the existence of spin liquids on the kagome lattice
计算和分析了25个具有前景的自旋液体--揭示了这些化合物的结构与磁性之间的主要相关性。已经证明，在所有的AFM可果美铜氧化物，包括herbertsmithite，存在的交换相互作用和反对称各向异性交换（Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用）之间的竞争，磁性离子不连接到可果美晶格中的反转中心。这种竞争在所有的可果美原子力显微镜中得到加强，除了赫氏石，通过第三种长度J3磁耦合（沿着三角形边缘的线性链中的强J3（J12）次近邻耦合和沿着六边形对角线的非常弱的FM或AFM J3（Jd）耦合）的各向异性（对偶性）。上述耦合在晶体学上是相同的，但分为两种不同强度的磁相互作用。J3耦合对偶的存在源于kagome格的结构本身。只有双J3耦合与各向异性DM相互作用的组合贡献才能够抑制kagome AFM的挫折。已经证明，在赫伯罗特中消除这种二元性的可能性，使其成为自旋液体，构成了戈薇系统中罕见的幸运事件。三个晶体化学标准的自旋液体的存在下的kagome晶格已被确定：第一，存在的挫折kagome晶格与强占主导地位的反铁磁最近邻J1耦合只相互竞争的小三角形;第二，这些挫折kagome晶格的磁隔离;和第三，不存在的对偶性的第三个长度J3磁耦合。
2021-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Heat Transport in Herbertsmithite: Can a Quantum Spin Liquid Survive Disorder?
可以说，自旋进入长期寻求的量子自旋液体（QSL）状态的最有利的情况是当它们位于可果美晶格上时。关于这个有希望的平台的真正基态，在理论上还没有达成共识。实验工作主要依赖于一种原型材料ZnCu $_3$（OH）$_6$ Cl $_2$，也导致了多种可能性。除了哈密顿量中微妙的相互作用外，在大多数实验探测器都难以找到的真实材料ZnCu $_3$（OH）$_6$ Cl $_2$中，还有与无序相关的额外复杂程度。在这里，我们求助于热传输测量，一个更干净的探针，而不是直接贡献，无序只影响来自戈薇自旋的信号。对于ZnCu $_3$（OH）$_6$ Cl $_2$和相关的QSL候选物Cu $_3$ Zn（OH）$_6$ FBr，我们没有观察到任何自旋激发或任何场诱导变化对热导率的贡献。这些结果对这两种kagome化合物的基态的各种情况施加了不同的约束：虽然有隙的QSL，或某些量子顺磁态以外的QSL，是与我们的结果兼容，无隙的QSL必须显着修改的无序，使无隙的自旋激发局域化。
2021-05-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
A novel Kagome uud-ddu spin order in Heisenberg spin-1/2 Clinoatacamite Cu$_4$(OH)$_6$Cl$_2$, the parent compound of Herbertsmithite
本研究在自旋液体候选材料Herbertsmithite的母体斜氯铜矿中，发现了零场下新型二维uud-ddu非共面Kagome自旋序，明确了其两级磁转变行为，解决了相关神秘磁相的疑难问题。
2024-11-02 cond-mat.str-el quant-ph
Spin Liquid Ground State in the Frustrated Kagome Antiferromagnet MgCu3(OH)6Cl2
我们报道了Mg{x}Cu{4-x}（OH）6Cl 2与x \sim 1的muSR实验，x \sim 1是一种与Herbertsmithite同构的新材料，表现出自旋1/2（Cu^{2+}）的规则kagome平面，因此是自旋液体基态的候选者。我们证明了在20 mK（\sim J/10 ^4）以下不存在任何磁有序。我们详细研究了零场和外加纵向场下的自旋动力学，并提出了一种基于低T缺陷的解释来解释在量子自旋液体相中观察到的非常规动力学。
2014-10-02 cond-mat.str-el
Gapless spin liquid in the kagome Heisenberg antiferromagnet with Dzyaloshinskii-Moriya interactions
大量的证据表明，最近邻的$S = 1/2$反铁磁海森堡模型在kagome晶格上的基态是一个无带隙的自旋液体。许多候选材料的实现这个模型具有另外的Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）的相互作用。我们研究了这个系统的张量网络方法，并推导出一个弱的，但有限的DM相互作用是需要不稳定的无隙自旋液体状态。的临界幅度，$D_c/J \simeq 0.012(2)$，位于远低于DM强度提出的可果美材料herbertsmithite，表明需要重新评估的明显的自旋液体行为在这个系统中报告。
2018-12-01 cond-mat.str-el
Kapellasite: a kagome quantum spin liquid
磁化率，核磁共振，muSR，和非弹性中子散射测量表明，kapellasite，Cu 3 Zn（OH）6Cl 2，几何受挫自旋1/2 kagome反铁磁体多晶型的herbertsmithite矿物，是一个无隙自旋液体与受挫的相互作用，表现出不寻常的动态短程相关性的非共面cuboc 2型，坚持到20 mK。哈密顿量由高温级数展开式与热力学数据的拟合确定。实验数据进行了比较，使用Schwinger-boson方法的理论计算。
2012-07-23 cond-mat.str-el
Spontaneous spin ordering of Dirac spin liquid in a magnetic field
狄拉克自旋液体被认为是自旋为1/2的Kagome反铁磁体的基态。在磁场$B$中，我们证明了费米口袋态不稳定到朗道能级（LL）态。LL状态打破围绕磁场轴的自旋旋转。我们发现LL态具有面内120 $^{\circ}$ $q=0$磁化强度$M$，它与外场$M\sim B^α$成比例，其中$α$是Dirac自旋液体的固有可计算的通用数。我们讨论了相关的实验意义，可用于检测可能的狄拉克自旋液相在Herbertsmithite ZnCu $_3$（OH）$_6$ Cl $_2$。
2008-10-10 cond-mat.str-el
Fractionalized spin-wave continuum in spin liquid states on the kagome lattice
受最近在赫氏体中子散射实验中观察到的自旋波连续体（SWC）的启发，我们利用Gutzwiller投影波函数研究了可果美晶格上自旋液态的动态自旋结构因子$S(\mathbf{q},ω)$.自旋液体中自旋1激发态用Gutzwiller投影的双自旋子激发波函数表示。我们研究了三种不同的自旋液体候选者，自旋费米面自旋液体（FSL），狄拉克自旋液体（DSL）和随机通量自旋液体（RSL）。FSL和RSL在扩展磁布里渊区中的$K$点处的$S(\mathbf{q},ω)$中具有低能量峰，与在$M$点处发现低能量峰的实验相反。DSL测量与中子散射测量之间没有明显的矛盾。除了一个分数的自旋（即自旋-1/2），自旋子在DSL携带一个分数的晶体动量，这是潜在的可检测的SWC在中子散射测量。
2015-07-10 cond-mat.str-el
Origin of Magnetic Ordering in a Structurally-Perfect Quantum Kagome Antiferromagnet
简单的海森堡最近邻量子kagome反铁磁模型的基态是一种磁无序的自旋液体，然而各种微扰可能导致根本不同的状态。在这里，我们揭示了结构完美的可果美材料YCu $_3$（OH）$_6$ Cl $_3$中磁有序的起源，它没有普遍存在的杂质问题。{ \it Ab-initio}计算和磁化率模拟表明，与典型的赫氏矿类似，最近邻交换是目前占主导地位的各向同性相互作用。Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）的磁各向异性推导出电子自旋共振和比热测量，但是，显着大于在herbertsmithite。通过增强戈薇平面内的自旋相关性，这种各向异性对于磁有序是必不可少的。我们的研究隔离DM各向异性的影响，从其他扰动和明确地证实了理论相图。
2020-07-09 cond-mat.str-el
Electron Doping a Kagome Spin Liquid
ZnCu $_3$（OH）$_6$ Cl $_2$是自旋液体的二维卡戈梅晶格实现，具有分数激发和带隙基态的证据。这种量子自旋液体被认为是高温超导的基础，并被预测会产生大量的新态，包括$1/3$ rd电子掺杂的狄拉克金属。本文报道了从$x$ = 0到$x$ = 1.8（$3/5$ th per Cu $^{2+}$）的电子掺杂ZnLi $_x$ Cu $_3$（OH）$_6$ Cl $_2$的拓扑化学合成。与预期相反，没有金属性或超导性诱导。相反，我们发现一个系统的抑制磁行为的相图。我们的研究结果表明，重要的理论工作需要理解和预测掺杂的作用，在磁阻窄带绝缘体，特别是局部结构无序和电子局域化的趋势之间的相互作用，并为未来的掺杂自旋液体的研究铺平了道路。
2016-10-14 cond-mat.str-el
Low-Energy Excitations in the Quantum Spin-Liquid $κ$-(BEDT-TTF)$_2$Cu$_2$(CN)$_{3}$
测量了有机自旋液体候选物$κ$ -（BEDT-TTF）$_2$ Cu $_2$（CN）$_3$在极宽能量范围（$10^{-13}$ ~ 2 eV）内随温度（5 ~ 300 K）变化的电动力学响应。在Mott能隙以下，来自无能隙的自旋连续体的激发对红外电导率有相当大的贡献，正如U（1）规范理论所建议的那样。在太赫兹频率下，我们可以识别出具有两个不同指数$β$的幂律行为$σ(ω) \propto ω^β$，其在低温下从0.9变化到1.3。相应的交叉比例与温度：$\hbarω_c \approx k_B T$。观测到的指数与理论预测的指数相差2倍以上。的结果进行了比较与Herbertsmithites。
2014-12-15 cond-mat.str-el
Chiral spin liquid on kagome antiferromagnet induced by Dzyaloshinskii-Moriya interaction
采用反铁磁Heisenberg模型描述了量子自旋液体Herbertsmithite，该模型是在具有不可忽略的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的kagome晶格上建立的.一个完善的相变$\mathbf q=0$长程序发生在这个模型中时，的α-强度增加，但一个小α-相的精确性质仍然存在争议。在这里，我们描述了从Schwinger-boson平均场论获得的新相位，其在小振幅下是稳定的，并且其可以解释在Han等人的非弹性中子散射实验中看到的无色散谱（Nature（London）492，406（2012）}）。它是一种时间反转对称性破缺的$\mathbb Z_2$自旋液体，具有布里渊区扩展区域中小而恒定的自旋间隙的独特性质。给出了相图随自旋和自旋尺寸的变化关系，并给出了动态自旋结构因子。
2017-06-22 cond-mat.str-el
The magneto-optical Faraday effect in spin liquid candidates
我们提出了一个实验，利用磁光法拉第效应来探测自旋液体候选物的动态霍尔电导率。理论预言，外部磁场将产生内部规范场。如果导电性的来源是在自旋与费米面，有限的法拉第旋转角是预期。我们预测的角度比例作为频率的平方，而不是显示标准的回旋共振模式。此外，法拉第效应应该能够区分自旋液体的基态，因为我们预测无质量的狄拉克自旋子没有旋转。我们给出了一个半定量的估计的影响的大小，并发现它应该是实验上可行的，以检测在$κ$ -（ET）$_2$铜$_2$（CN）$_3$，如果自旋形成费米面，Herbertsmithite。我们还评论了磁光克尔效应，并表明克尔角的虚部是可以测量的。
2014-07-23 cond-mat.str-el
Holon Wigner Crystal in a Lightly Doped Kagome Quantum Spin Liquid
我们解决了轻掺杂的自旋液体的问题，通过大规模的密度矩阵重整化群（DMRG）研究的$t$ - $J$模型上的一个小的，但非零浓度，$δ$，掺杂空穴的Kagome晶格。现在普遍认为，未掺杂的（$δ=0$）自旋1/2海森堡反铁磁体具有自旋液体基态。理论上，这种自旋液体的轻掺杂可以产生高温超导体或奇异拓扑费米液体金属（FL $^\ast$）。相反，我们推断掺杂空穴形成绝缘电荷密度波态，每个单元格有一个掺杂空穴-即维格纳晶体（WC）。自旋关联仍然是短程的，就像在自旋液体母态中一样，我们由此推断，这种状态是无自旋的holon（WC $^\ast$）晶体，而不是空穴晶体。我们的研究结果可能与可果美晶格Herbertsmithite $\rm ZnCu_3(OH)_6Cl_2$掺杂有关。
2017-03-17 cond-mat.str-el
Theory of the Spinon-Mediated Witness Spin Glass in Herbertsmithite
Cardiff University（卡迪夫大学）；University of Bristol（布里斯托大学）
本文建立含单一自由参数的理论模型，解释赫伯茨mithite中由QSL自旋子介导的见证自旋玻璃现象，匹配多类实验数据，预测Z₂与U(1)型QSL的中子散射差异及高浓度下的相变，为区分QSL类型提供测试方法。
2026-08-25 cond-mat.other cond-mat.str-el
Quantum spin-liquid behavior in the spin-1/2 random-bond Heisenberg antiferromagnet on the kagome lattice
利用精确对角化方法研究了kagome晶格上猝灭键无规性对$S=1/2$反铁磁海森堡模型有序性的影响.当随机性超过临界值时，该模型的基态表现出从非磁性态到随机性相关的无带隙自旋液体态的转变。讨论了S=1/2 kagome晶格反铁磁体herbertsmithite的影响。
2014-08-23 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Renormalization group analysis of competing quantum phases in the J1-J2 Heisenberg model on the kagome lattice
最近发现的中子散射实验的Kapellasite和Herbertsmithite以及可能的自旋液相的理论计算已经恢复了兴趣的磁性现象的戈薇晶格。研究了S=1/2海森堡kagome模型的量子相图随最近邻耦合J1和次邻耦合J2的变化。利用赝费米子泛函重整化群，我们发现了四种磁量子序（q=0序、立方序、铁磁序和Sqrt{3}x \Sqrt{3}序）以及扩展的磁无序区，并由此确定了钙钛矿可能的参数区域.在无序区域J2/J1<<1，在带边界处观察到的对于Herbertsmithite的磁化率的平坦性可以与小的J2>0耦合的存在相协调。特别是，我们分析了二聚体相关的不同价键晶体（VBC）模式，这是强烈的不均匀性，表明拒绝在RG流中的VBC顺序。
2013-03-03 cond-mat.str-el
Conductivity between Luttinger liquids: coupled chains and bilayer graphene
用精确的重整化群方法分析了Luttinger液体之间的电导性质。我们证明了在两个耦合的费米子蜂窝晶格与一个规范场相互作用的双链系统或双层石墨烯模型中，有限温度下的横向电导率是反常的，并且随频率的增加呈幂律下降，且随Luttinger液体指数的增加而减小.
2011-04-02 cond-mat.str-el
Interchain conductivity of coupled Luttinger liquids and organic conductors
我们重新考虑准一维系统中直流和交流链间电导率的理论。我们的计算结果与（TMTSF）_2{ClO}_4的c轴电导率的测量结果符合得很好，并表明（TMTSF）_2{PF}_6在150 K < T <300 Kd $范围内的c轴直流电导率主要是由Mott局域化的先驱效应所决定的。在动力学平均场论中，还讨论了从高能量的Luttinger液体到低能量的Fermi液体的交叉。链间电阻率和德鲁德重量的费米液体制度的影响进行了讨论。
2000-01-06 cond-mat.str-el
Electrodynamics of quantum spin liquids
量子自旋液体因其特殊的磁性而引起了人们的极大兴趣，其特征是尽管磁相互作用很强，但在低温下仍不存在长程序。通常，这些化合物是强关联电子系统，并且它们的电动力学响应由激发光谱中的Mott间隙控制。本文总结并讨论了几种二维量子自旋液体的光学性质。首先，我们考虑的无机材料Herbertsmithite ZnCu $_3$（OH）$_6$ Cl $_2$和相关的化合物，结晶在kagome晶格。然后我们转向有机化合物$β^{\prime}$ -EtMe $_3$ \-Sb\-[Pd（dmit）$_2$ ] $_2$、$κ$ -（BEDT-TTF）$_2$ Ag $_2$（CN）$_3$和$κ$ -（BEDT-TTF）$_2$ Cu $_2$（CN）$_3$，其中自旋排列在几乎完美的三角晶格中，导致强烈的挫折。由于带宽的差异，有效相关强度在很宽的范围内变化，导致电动力学性质的一个相当独特的行为。我们讨论了自旋贡献的光学电导率相比，金属量子涨落附近的莫特过渡。
2018-04-27 cond-mat.str-el
A diagrammer's note on DC conductivity of anisotropic Fermi liquids for beginners: Maebashi-Fukuyama formula and Taylor formula
本文综述了各向异性费米液体直流电导率的形式化但精确的公式。一种是基于费米面调和函数的前桥-福山公式。另一种是基于散射本征函数的泰勒公式。与这两个公式相比，涨落交换近似中的电流-顶点-修正是一个不一致的近似所引起的不好的视觉。
2016-08-23 cond-mat.str-el
Optical conductivity and surface plasmon modes of U(1) spin liquid states with large spinon Fermi surfaces
本文基于由Ioffe-Larkin组成定则得到的体电导率的简单公式，研究了具有大自旋费米面的$U(1)$自旋液体的光学性质.我们表明，$U(1)$自旋液体的光学电导率在电荷间隙以上的能量有一个独特的功能，区别于普通的绝缘体。特别是，我们表明存在一个长寿命的表面等离子体模式沿线性介质和自旋液体之间的界面传播的频率以上的电荷间隙，这可以被广泛使用的Kretschmann-Raether三层配置检测。
2014-10-23 cond-mat.str-el
