Ultralow-temperature thermal conductivity of the Kitaev honeycomb magnet $α$-RuCl$_3$ across the field-induced phase transition
近年来，在强磁场下Kitaev蜂窝状磁体$α$ -RuCl $_3$中是否存在量子自旋液体的争论日益激烈。为了研究这个问题，我们对$α$单晶进行了低至80 mK和高至9 T的超低温热导率测量。我们的实验清楚地表明，在$H_c$ $\approx$ 7.5 T，以上的锯齿形磁序被完全抑制发生场诱导的相变。在7.5 T处的热导率最小值归因于磁涨落对声子的强烈散射。最重要的是，在7.5 T以上，我们没有观察到来自无隙磁激发的热导率的任何显著贡献，这对$α$ $_3$的高场相的性质施加了强约束。
2017-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Thermal decomposition of the Kitaev material $α$-RuCl$_3$ and its influence on low-temperature behavior
本文研究氩气中热处理对 α-RuCl₃ 单晶的影响，发现超过 300°C 退火会导致脱氯和氧化，生成 RuO₂ 夹杂物并显著降低电阻，从而可能影响低温热输运和霍尔效应。
2023-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tilted and Twisted Magnetic Moments in the Kitaev Magnet $α$-RuCl$_3$
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院高能物理研究所）；Spallation Neutron Source Science Center（散裂中子源科学中心）；Jülich Centre for Neutron Science JCNS at MLZ, Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心MLZ的JCNS中子科学中心）；II. Physikalisches Institut, Universität zu Köln（科隆大学第二物理研究所）；Jülich Centre for Neutron Science (JCNS) at ILL, Forschungszentrum Jülich（法国国家同步辐射装置ILL的JCNS中子科学中心，于利希研究中心）；Institut für Kristallographie, RWTH Aachen（亚琛工业大学晶体学研究所）；Jülich Centre of Neutron Science at the Heinz Maier-Leibnitz Zentrum（海因茨·迈尔-莱布尼茨中心的于利希中子科学中心）
研究通过中子衍射重新考察了α-RuCl₃的低温度晶体和磁结构，发现Ru³+磁矩在zigzag相中倾斜15.7°并扭曲-13.8°，揭示了其不同于以往模型的几何结构。
2026-03-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-wave excitations evidencing the Kitaev interaction in single crystalline $α$-RuCl$_3$
长期以来，人们一直在寻找量子自旋液体背后的Kitaev相互作用，但仍然缺乏可以直接确定其强度的实验数据。在这里，通过对高质量的$α$ -RuCl $_3$单晶进行非弹性中子散射测量，我们观察到二维布里渊区的M点周围具有$\sim$ 2 meV间隙的自旋波谱。基于第一性原理计算得到的能带，导出了强耦合极限下的有效自旋模型，发现各向异性Kitaev相互作用$K$项和各向同性反铁磁非对角交换相互作用$Γ$项明显大于海森堡交换耦合$J$项.我们的实验数据可以很好地拟合与$K=-6.8$ meV和$Γ=9.5$ meV的有效自旋模型。这些结果明确地表明，Kitaev物理是实现在真实的材料。
2017-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Crystal structure and magnetism in $α$-RuCl3: an ab-initio study
$α$ -RuCl $_3$最近被提出作为一个很好的操场上探索Kitaev物理的二维（2D）蜂窝晶格。然而，该化合物的结构澄清尚未完成，这对于理解该系统的物理性质至关重要。本文采用{ \it ab-initio}电子结构计算方法，研究了$α$ -RuCl $_3$的全三维（3D）结构，包括自旋轨道耦合（SOC）和电子关联的影响.主要结果如下：i）SOC抑制了Ru原子的二聚化，这存在于其他Ru化合物如同构Li $_2$ RuO $_3$中，使蜂窝更接近理想的。ii）$j_{\rm eff}$ =1/2赝自旋之间的最近邻Kitaev交换相互作用强烈地依赖于Ru-Ru距离和Cl位置，这源于边共享几何的性质。iii）不具有电子相关性的优化的3D结构具有独立于SOC的$P{\bar 3}1m$空间群对称性，但是包括电子相关性在0.1 meV/公式单位（f.u.）内将优化的3D结构改变为$C2/m$或$Cmc2_1$。能量差所报道的$P3_112$结构在能量上也是接近的。层间自旋交换耦合是面内自旋交换项的百分之几，证实$α$ $_3$接近于2D系统。我们进一步提出了如何通过拉伸应变来增加Kitaev项，这为在该体系中实现Kitaev自旋液相提供了新的思路。
2016-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-orbit-entangled nature of magnetic moments and Kitaev magnetism in layered halides $α$-RuX$_3$ (X = Cl, Br, I)
$α$ $_3$由于潜在的键依赖性Kitaev磁交换相互作用和由此产生的可在其中实现的量子自旋液体相，最近已被广泛研究。已知Ru 4 $d$ -和Cl $p$ -轨道之间的共价性对于在该化合物中诱导大的Kitaev相互作用是至关重要的，因此将Cl替换成更重的卤素元素如Br或I可能是进一步促进Kitaev相互作用的有希望的方法。及时地，已经有关于$α$ $_3$和$α$ $_3$的合成的报道，预期其具有与$α$相同的自旋-轨道-纠缠轨道和Kitaev交换相互作用。在本文中，我们以比较的方式研究了$α$ -RuCl $_3$、$α$ -RuBr $_3$和$α$ -RuI $_3$的电子结构，着重于自旋-轨道耦合和在位库仑排斥的协同作用，以实现Ru位的自旋-轨道纠缠赝自旋-1/2。我们进一步估计了所有三种化合物的磁交换相互作用，表明$α$ -RuBr $_3$可以是在固态系统中实现Kitaev自旋液相的有希望的候选者。
2022-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Honeycomb-structure RuI3, a new quantum material related to α-RuCl3
Kitaev模型预测，量子自旋液体（QSL）将在某些特定条件下在低温下形成，并且经常寻找承载QSL状态的材料。层状蜂窝晶格材料α-RuCl 3已经成为显示Kitaev QSL态的主要候选者。在这里，我们描述了一种新的多晶型的RuI 3与层状蜂窝状晶格结构，在适度的高压和稳定的环境条件下合成。初步表征揭示了金属，顺磁性行为，没有长程磁序下降到0.35 K和一个异常大的T-线性的贡献，在低温下的热容。我们建议，这种RuI 3相，具有层状蜂窝晶格和强自旋-轨道耦合，提供了一个新的途径，量子材料的表征。
2021-08-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantum liquid crystals in the finite-field K$Γ$ model for $α$-RuCl$_3$
我们研究扩展Kitaev模型称为K $Γ$模型，使用微扰扩展结合一个良好控制的平均场近似和尖端的精确对角化。在相图中，我们发现了一个Kukulé Kitaev自旋液体和一个Kekulé Kitaev自旋液体。前者可能解释了在$α$ -RuCl $_3$中实验观察到的陈数为零的高场双光子态，即使对于足够小的$Γ/|K|$值。后者在其$Z_3$涡核中有一个Majorana零模，它可能受畴壁运动的控制。这为K $Γ$模型中的量子液晶相在拓扑量子计算中的应用提供了可能。
2021-11-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Emergence of the Isotropic Kitaev Honeycomb Lattice with Two-dimensional Ising Universality in α-RuCl$_3$
本研究首次在α-RuCl$_3$晶体中观察到各向同性Kitaev蜂窝晶格堆叠，并发现其反铁磁有序及二维Ising临界行为，为探索Kitaev量子自旋液体物理提供了新平台。
2016-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic anisotropy reversal driven by structural symmetry-breaking in monolayer α-RuCl3
层状α-RuCl 3是实现Kitaev量子自旋液体的一种很有前途的材料。虽然这种奇异状态的证据已被报道在一个温和的平面内磁场，这种行为在很大程度上是不一致的理论预期的Kitaev阶段出现在平面外的领域。然而，由于大块晶体的易面各向异性很强，这些预测的场诱导态大多是遥不可及的。我们使用隧道光谱，磁输运，电子衍射和从头计算的组合来研究层依赖的磁振子，各向异性，结构和交换耦合在原子薄的样品。由于结构畸变，单层α-RuCl 3的平均非对角交换的符号发生变化，导致磁各向异性向易磁化轴反转。我们的工作提供了一个新的途径来调整α-RuCl 3中的磁相互作用，并允许理论预测的量子自旋液体相的面外场，以更接近实验。
2022-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Angle-dependent thermodynamics of $α$-RuCl$_3$
通过测量磁Grüneisen参数$Γ_B$和比热$C$，研究了Kitaev蜂窝磁铁$α$ -RuCl $_3$在不同面内磁场方向下的热力学。我们确定了两个临界场$B_c^{\rm AF1}$和$B_c^{\rm AF2}$，分别对应于两个磁有序状态之间的过渡和磁有序向量子顺磁状态的损失。的$B_c^{AF2}$相边界揭示了一个狭窄的区域的磁场，其中的有序相的逆熔化可能发生。对于平面内场的任何方向，在$B_c^{\rm AF2}$以上没有检测到额外的跃迁，尽管在$8-10$ T处系统地观察到$Γ_B$中的肩部异常。大的场致熵效应意味着在低场和/或强场依赖的声子熵的额外的低能量激发。我们的研究结果建立了$α$ -RuCl $_3$在高磁场中的普遍特征，并对该材料中存在场诱导Kitaev自旋液体提出了挑战。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermodynamic perspective on the field-induced behavior of $α$-RuCl$_3$
对Kitaev材料候选物$α$ -RuCl $_3$的磁Grüneisen参数（$Γ_B$）和比热的测量用于访问高达12 T和低至1 K的熵的面内场和温度依赖性。没有检测到对应于相变的签名超出磁有序区域的边界，但只有一个肩状异常$Γ_B$，涉及小到$10^{-5} R\log 2$的熵增量。这些观察结果对所谓的量子自旋液体和场极化态的$α$ -RuCl $_3$之间存在热力学相变提出了质疑。我们从理论上表明，在低温下，$Γ_B$是敏感的交叉在最低的激发内有间隙的阶段，并确定所测量的肩状异常是这样的起源。精确的对角化计算表明，扩展的Kitaev模型可以再现肩状异常，它在有限场中接近附加相而不进入它，我们讨论了这种接近在其他测量中的表现。
2020-08-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dissipationless Spin Current Generation in Kitaev's Chiral Spin Liquid
$α$ -RuCl $_3$是Kitaev自旋液态的一种很有前途的候选材料，在Kitaev自旋液态中，已经观察到了热霍尔效应的半量子化，表明了拓扑特征。然而，它与Kitaev模型理论预测的手征马约拉纳费米子的存在的关系仍在争论中。在这里，我们提出了一个更直接的签名的手性马约拉纳边缘模式出现在一个普遍的缩放的Drude重量的边缘自旋Seebeck效应在Kitaev模型。此外，在手性边缘模式的背散射的情况下，结果在产生的无耗散的自旋电流，尽管一个极短的自旋相关长度接近在散装的晶格常数。这一结果不仅是实验上可观察到的，而且为Kitaev材料的自旋电子学应用开辟了一条道路。与磁有序系统相比，Kitaev自旋液体状态即使在原子尺度下也是稳定的，并且使得可以制造高度集成的器件，其具有产生自旋电流的显著效率。使用$α$ $_3$作为纳米级器件的这一提议将开创Kitaev自旋电子学。
2021-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Semiclassical Routes to the $α$-RuCl$_3$ Scattering Continuum via Model Meta$-$Analysis
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
通过模型元分析和贝叶斯优化，研究揭示了α-RuCl₃中高温连续谱的起源，表明其由相关顺磁性主导，而非Kitaev交叉。
2026-02-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Defect-Induced Low-Energy Majorana Excitations in the Kitaev Magnet $α$-RuCl$_3$
本研究通过电子辐照在$\alpha$-RuCl$_3$中引入点缺陷，结合比热测量发现缺陷诱导出额外低能马约拉纳激发，相关结果可解释为Kitaev自旋液体中马约拉纳费米子的弱局域化效应。
2024-02-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermodynamic evidence for field-angle dependent Majorana gap in a Kitaev spin liquid
精确可解的二维蜂窝磁体Kitaev模型导出了一种以Majorana费米子为特征的量子自旋液体（QSL），它与容错拓扑量子计算有关.在$α$ -RuCl 3的高场顺磁状态下，霍尔热导率的半整数量子化被报道为边缘电流的特征，但这种状态的体性质仍然难以捉摸。在这里，从高分辨率的热容测量下，在平面内的字段旋转，我们发现强烈的角度依赖的低能量激发散装$α$ -RuCl 3。激发间隙具有六重节点结构，间隙振幅随场的增大而增大，与Kitaev模型中巡游的Majorana费米子所预期的完全一样。我们的热力学结果与输运量子化性质完全相关，首次证明了Kitaev QSL中的体边缘对应。此外，在高场量子热霍尔效应消失时，我们发现可能出现一种新的具有二重旋转对称性的量子热量子线态。
2021-12-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Mechanism for subgap optical conductivity in honeycomb Kitaev materials
受最近$α$ $_3$中太赫兹吸收测量的启发，我们发展了蜂窝晶格上Kitaev模型描述的材料电磁吸收理论。我们推导了最近邻跳跃哈密顿量中二阶极化算符的机制。利用Kitaev蜂窝模型的精确结果，我们计算了电偶极跃迁对应的极化动力学关联函数和磁偶极跃迁对应的自旋动力学关联函数.
2018-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic phase diagram and possible Kitaev-like behavior of honeycomb-lattice antimonate Na3Co2SbO6
最近的理论研究表明，Kitaev物理和形成神秘的自旋液体状态等效应不仅可以在RuCl 3和铱酸盐中，而且可以在传统的$3d$过渡金属化合物中预期。利用直流和交流磁力仪，热力学和$^{23}$ Na核磁共振测量（NMR），我们研究了这样的候选材料Na3Co2SbO6。给出了Na_3Co_2Sb_O_6在宽范围磁场和温度下的全相图。结果表明，在外加磁场作用下，反铁磁结构发生了转变，饱和相逐渐发展，在相图的某些部分还出现了能隙现象
2023-01-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic properties of restacked 2D spin $\frac{1}{2}$ honeycomb RuCl$_3$ nanosheets
自旋$\frac{1}{2}$蜂窝材料由于其奇异的磁性和可能在量子计算中的应用而引起了人们的极大兴趣。然而，在所有当前材料中，面外相互作用干扰面内有序，因此仍然需要真正的2D磁性蜂窝系统。在这里，我们报告的剥离的磁性半导体$α$ -RuCl $_3$的第一卤化物单层和自旋$\frac{1}{2}$蜂窝状排列的乱层堆叠RuCl $_3$单层的磁性表征。剥离是基于还原锂化/水合的方法，这导致了由于电子注入层的自旋$\frac{1}{2}$状态的破坏而导致的合作磁性的损失。在氧化处理之后，恢复与本体类似的合作磁性。重新堆叠的单层的氧化球团在T $_N$ = 7 K时在面内方向上具有磁性转变，而在面外方向上的磁性与本体$α$ -RuCl $_3$有很大不同。因此，RuCl $_3$的宏观颗粒表现为在堆叠方向上没有任何对称关系的单层堆叠。有意引入乱层无序来操纵RuCl $_3$的自旋结构，对于研究Kitaev-Heisenberg模型预测的阻挫磁性和复杂磁序具有重要意义。
2016-03-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Scale-invariant magnetic anisotropy in $α$-RuCl$_3$: A quantum Monte Carlo study
Institute for Theoretical Solid State Physics, IFW Dresden（德累斯顿IFW理论固态物理研究所）；Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat（维尔茨堡-德累斯顿ct.qmat卓越集群）；Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Universität Würzburg（维尔茨堡大学理论与天体物理研究所）；Laboratory of Atomic and Solid State Physics, Cornell University（康奈尔大学原子与固态物理实验室）；Canadian Institute for Advanced Research（加拿大高级研究院）；Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学与技术研究所）
通过无近似辅助场量子蒙特卡洛模拟，研究$\alpha$-RuCl$_3$在外磁场中自由能的旋转各向异性（磁化率$k$），发现高温下$k = T f(B/T)$标度行为，低温下出现新的标度行为，与实验和纯Kitaev模型定性一致。
2026-06-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Models and Materials for Generalized Kitaev Magnetism
蜂窝晶格上的Kitaev模型最近受到了极大的关注，这与实现具有分数化Majorana类激发的新型自旋液体态的希望有关。本文对G. Jackeli和G. Khaliullin根据自旋-轨道相关的键相互作用确定Kitaev材料，并提供其在实际材料中的影响的全面概述。我们把重点放在实验结果和目前的理论认识的平面蜂窝系统（钠$_2$ IrO $_3$，$α$ -锂$_2$ IrO $_3$，和$α$ -RuCl $_3$），三维Kitaev材料（$β$ -和$γ$ -锂$_2$ IrO $_3$），和其他潜在的候选人，完成审查的开放问题列表等待新的见解。
2017-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Field-induced intermediate ordered phase and anisotropic interlayer interactions in $α$-RuCl$_3$
在$α$ $_3$中，在蜂窝状平面内施加的外部磁场可以诱导从磁有序状态到无序状态的转变，这可能与Kitaev量子自旋液体有关.在零磁场下，具有最小层错的单晶体呈现面内锯齿形反铁磁有序的低温态，在垂直于蜂窝面的方向上呈现三层周期性。在这里，我们提出了角度依赖的磁化强度，交流磁化率，和热输运数据，证明了存在一个额外的中间场有序状态的领域低于过渡到无序相。中子衍射结果表明，该相的磁结构在垂直于蜂窝面的方向上具有六层周期性。理论上，中间有序相可以通过在三维自旋模型中包括层之间的自旋各向异性耦合来解释。总之，这证明了$α$ $_3$中层间交换相互作用的重要性.
2021-02-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Designing Kitaev spin liquids in metal-organic frameworks
Kitaev的蜂窝格子自旋模型是一个引人注目的精确可解模型，它以一种特殊类型的自旋液体（Kitaev自旋液体）作为基态。尽管最近已经积极地讨论了其在铱酸盐和$α$ $_3$中的可能实现，但是这些材料具有实质性的非Kitaev直接交换相互作用并且不具有自旋液体基态。我们提出了金属有机框架（MOFs）与Ru $^{3+}$（或Os $^{3+}$）形成蜂窝晶格作为一个更理想的实现Kitaev型自旋模型，其中的直接交换相互作用被强烈抑制的有前途的候选人。MOFs的巨大灵活性允许推广到其他三维晶格，用于各种自旋液体的潜在实现，例如Weyl自旋液体。
2017-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
