Ferromagnetic Kitaev interaction and the origin of large magnetic anisotropy in $α$-RuCl$_3$
$α$ -RuCl $_3$作为Kitaev量子自旋液体的一种很有前途的候选物，正引起人们的广泛关注.然而，尽管进行了深入的研究，但关于这种材料物理学的基本相互作用的形式仍然存在争议。即使是Kitaev相互作用（Kitaev物理学中的键依赖各向异性相互作用）的符号也仍然存在争议，理论和实验研究的结果相互矛盾。对称非对角交换相互作用（称为$Γ$项）的意义是另一个有争议的问题。在这里，我们提出了共振弹性X射线散射数据，提供了明确的实验约束的两个领先的条款中的磁相互作用哈密顿量。我们表明，Kitaev相互作用（$K$）是铁磁的，和$Γ$长期是反铁磁的Kitaev相互作用和可比的大小。我们的研究结果也提供了一个自然的解释大各向异性的磁化率在$α$ -RuCl $_3$所产生的大$Γ$长期。因此，我们提供了一个重要的基础，了解的相互作用的基础上观察到的奇异的磁性行为的$α$ -RuCl $_3$。
2019-10-29 cond-mat.str-el
Relation between Kitaev magnetism and structure in $α$-RuCl$_3$
利用拉曼散射研究了蜂窝状Kitaev材料$α$ $_3$及其海森堡对应物CrCl $_3$的晶格和磁激发.我们的声子拉曼光谱给出了证据的一阶结构从单斜晶系的菱形结构的两种化合物的转变。值得注意的是，只有$α$ $_3$具有大的热滞后，这与宽相共存的形成相一致.在$70-170$ K的相关温度区间内，我们也观察到磁激发的滞后行为。菱面体相的磁响应比单斜相的强，证明了晶体结构和低能磁响应之间的耦合。我们的研究结果表明，Kitaev磁性伴随着分形激发是容易受到小的变化的键几何形状。
2017-05-03 cond-mat.str-el
Half-integer quantized anomalous thermal Hall effect in the Kitaev material $α$-RuCl$_3$
在磁性绝缘体中由Majorana边缘模式介导的热传输导致半整数热量子霍尔电导，最近已经报道了二维蜂窝材料$α$ $_3$。虽然传统的电子霍尔效应需要一个垂直的磁场，我们发现，这不是在$α$ -RuCl $_3$的情况。引人注目的是，即使对于没有面外分量的磁场，也出现热霍尔平台。量子化热霍尔电导的场角变化具有与纯Kitaev自旋液体的Majorana能带结构相同的拓扑Chern数符号结构，即$\pm$ 1.半整数异常热霍尔效应的观察结果坚定地表明，Kitaev相互作用是主要的原因，并且即使在$α$ -RuCl $_3$中存在非Kitaev相互作用时，与局部磁矩的分数化相关的非阿贝尔拓扑顺序仍然存在。
2020-01-07 cond-mat.str-el
Unveiling Non-Kitaev Interactions and Field-Angle Dependence in Topological Magnon Transport of $α$-RuCl$_3$
本研究利用自旋波理论探讨 $α$-RuCl$_3$ 在外磁场极化态下的拓扑磁激发，揭示横向热霍尔电导率和自旋能斯特系数对磁场方向及 $JKΓΓ'$ 模型参数的显著依赖性，为识别有效哈密顿量提供理论框架。
2024-11-05 cond-mat.str-el
Field-induced quantum spin liquid in the Kitaev-Heisenberg model and its relation to $α$-RuCl$_3$
最近，由于在$α$-RuCl化合物$_3$中观察到场诱导自旋液相，引起了相当大的兴奋。然而，这种假定的自旋液相的性质和相关的微观模型哈密顿量仍然不清楚。在这项工作中，我们解决这些问题进行大规模的数值模拟的广义Kitaev-海森堡模型提出来描述物理的$α$ -RuCl $_3$。虽然没有证据表明，在平面内的磁场的中间阶段，我们的研究结果强烈建议，一个稳定的中间自旋液相，夹在磁有序相在低场和高场极化相，可以诱导出平面外的磁场。此外，我们表明，这种场诱导的自旋液相可以顺利地连接到一个自旋液体拥有自旋费米表面最近提出的Kitaev模型。我们的结果的相关性$α$ $_3$也进行了讨论。
2019-01-26 cond-mat.str-el
Anomalous and Anisotropic Nonlinear Susceptibility in the Proximate Kitaev Magnet $α$-RuCl$_3$
顺磁体中的首阶非线性磁化率$χ_3$为负，发散为$T \rightarrow 0$。当自旋相关时，这种分歧被破坏，NL响应提供了对磁序的独特见解。非对称性、交换相互作用和量子效应的优势都在NL磁响应中留下了它们的印记。在这里，我们研究了近Kitaev磁体$α$ -RuCl $_3$中的NL磁化率，这与预期的反铁磁行为不同。对于$T< T_c$ = 7.5 K和领域$B$在ab平面，我们得到对比NL响应在低（$<$ 2 ${T}$）和高场区域。对于低场，NL行为由二次响应（正$χ_2$）主导，其显示在$T_c$以下快速上升。这个大的$χ_2 >0$意味着在低温下磁序的亚晶格对称性被破坏。标准${K-H-Γ}$模型中的经典蒙特卡罗（CMC）模拟确保了${M}$的这种二次${B}$依赖性，仅对于${T}$ $\approx$ ${T}_c$，$χ_2$为零，如${T}$ $\rightarrow$ 0。在精确对角化计算中，它对所有温度也是零。另一方面，我们发现一个排他性的立方项（$χ_3$）描述高场NL行为。$χ_3$在${T}_c$之下和之上都是大的，并且只有对于${T}$ $>$ 50 K，$χ_3$才与零交叉。相比之下，对于$B$ ~ $\parallel$ ~ c轴，没有测量到单独的低/高场行为，并且只有小得多的$χ_3$明显。
2021-06-03 cond-mat.str-el
Unusual thermal Hall effect in a Kitaev spin liquid candidate $α$-RuCl$_3$
Kitaev量子自旋液体显示了量子自旋分裂成马约拉纳费米子。新兴的马约拉纳边缘电流的预测表现在一个有限的热霍尔效应，拓扑超导体中通常讨论的功能的形式。在这里，我们报告的热霍尔电导率$κ_{xy}$测量$α$ -RuCl $_3$，一个候选Kitaev磁铁与二维蜂窝晶格。在自旋液体（Kitaev顺磁）状态下，低于Kitaev相互作用$J_K/k_B \sim 80$ K所表征的温度，正$κ_{xy}$在冷却时逐渐发展，表明存在非常不寻常的巡回激发。虽然零温度属性被掩盖的磁有序在$T_N=7$ K，符号，幅度，和$T$依赖性的$κ_{xy}/T$在中间温度以下的巡回马约拉纳激发的预测趋势。
2018-05-29 cond-mat.str-el
Magnetic thermal conductivity far above the Néel temperatures in the Kitaev-magnet candidate $α$-RuCl$_{3}$
我们研究了磁状态接近Kitaev蜂窝模型的$α$ $_{3}$的纵向热导率、自旋磁化率和磁比热。我们发现热导率的温度依赖性在100 K附近表现出一个额外的峰，该峰远高于声子峰温度（$\sim$ 50 K）。较高温度的峰值位置与Kitaev耦合的温度标度相当，而不是低于15 K的Néel温度。在本研究中使用的所有五个样品中观察到额外的热传导，并且发现其对$α$ $_{3}$的结构相变相当免疫，这表明其与声子不同的起源。结合磁比热的实验结果，我们的输运测量强烈地表明，在热导率的高温峰归因于巡游自旋激发与Kitaev耦合的$α$ -RuCl $_{3}$。磁热导率的动力学近似在100 K下产生$\sim$ 20 nm的平均自由程，这比最近的Ru-Ru距离（$\sim$ 3 nm）长得多，表明Kitaev耦合驱动的磁激发的长距离相干传播。
2017-05-14 cond-mat.str-el
Electronic Structure of the Kitaev Material $α$-$\textrm{RuCl}_3$ Probed by Photoemission and Inverse Photoemission Spectroscopies
最近，$α$ - $\textrm{RuCl}_3$作为蜂窝Kitaev模型的一种可能的材料实现引起了广泛的关注，它可以稳定量子自旋液体状态。相对于对其磁性的广泛研究，对其电子结构的认识还很欠缺，而电子结构与其Kitaev物理性质密切相关。在这里，$α$ - $\textrm{RuCl}_3$的电子结构进行了研究，通过光电子能谱（PE）和逆光电子能谱（IPE）。的带隙，直接测量PE/IPE光谱，被发现是1.9 eV，比以前的估计大得多。LDA计算表明，在位库仑相互作用$\textit{U}$可以打开带隙，而不需要自旋轨道耦合（SOC）。然而，SOC也应该被纳入，以重现适当的间隙大小，这表明$\textit{U}$和SOC之间的相互作用在$α$ - $\textrm{RuCl}_3$的物理中起着至关重要的作用。在PE/IPE光谱中存在着一些用LDA计算不能解释的光谱特征。为了解释这样的差异，我们进行的配置相互作用计算的${\textrm{RuCl}}_6^{3-}$集群。实验数据和计算表明，4-$\textit{d}$化合物$α$是一个$J_{\textrm{eff}}$ = 1/2莫特绝缘体，而不是准分子轨道绝缘体.我们的研究还提供了重要的物理参数，需要在$α$ - $\textrm{RuCl}_3$中验证拟议的Kitaev物理。
2016-08-22 cond-mat.str-el
Spin Wave Analysis of Low-Temperature Thermal Hall Effect in the Candidate Kitaev Spin Liquid $α$-RuCl${}_3$
从文献中提出的用于材料$α$ ${}_3$的有效哈密顿量用于使用磁有序状态的线性自旋波理论计算磁振子热霍尔电导率$κ_{xy}$。以前提出的模型没有经过测试，解释了已发表的实验数据。具有Kitaev相互作用$K>0$的模型被认为预测了$κ_{xy}\gtrsim 0$，这与数据不一致。基塔耶夫型自旋液体的波动将有错误的符号来解释数据。然而，先前提出的模型的一个轻微的变化预测了一个大的$κ_{xy}$，表明低温热霍尔效应可以完全由磁振子带的Berry曲率产生。因此，$κ_{xy}$的实验数据可以作为约束所提出的有效汉密尔顿量的另一种方法。
2018-07-10 cond-mat.str-el
Tuning the magnetic properties of Kitaev materials via the antiferromagnetic proximity effect: Novel phases and application to an $α$-RuCl$_3$/MnPS$_3$ bilayer
Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology（慕尼黑量子科学与技术中心）
通过反铁磁近邻效应调控Kitaev材料的磁性，发现新相态，应用于α-RuCl₃/MnPS₃双层结构。
2026-10-26 cond-mat.str-el
Impact of off-diagonal exchange interactions on the Kitaev spin liquid state of $α$-RuCl$_3$
受Kitaev自旋液体候选材料$α$的半量子化霍尔热导率的最近实验观察的启发[ Y. Kasahara等人，Nature 559，227（2018）]，我们研究了存在于真实材料中的非Kitaev交换相互作用对在施加磁场的情况下实现的带隙手性自旋液态的影响。研究发现，非对角交换相互作用显着增强了马约拉纳费米子的质量间隙。这一结果为上述实验中观察到的霍尔热导率的稳健量化提供了可能的解释。此外，我们还证明了如果Kitaev自旋液体态和Z字形反铁磁序同时存在于两相边界附近，非对角交换相互作用可以诱导Majorana费米子的费米面，导致类似于U（1）自旋液体的状态.
2019-05-21 cond-mat.str-el
Pressure-induced dimerization and valence bond crystal formation in the Kitaev-Heisenberg magnet alpha-RuCl3
磁化强度和高分辨率X射线衍射测量的Kitaev-海森堡材料α-RuCl 3揭示了压力诱导的结晶和磁性相变在静水压力为p=0.2 GPa。这种结构转变成三斜相的特征在于Ru-Ru键的非常强的二聚化，伴随着磁化率的崩溃。从头计算量子化学计算揭示了压力诱导的增强的直接4d-4d键合特定的Ru-Ru链接，导致急剧增加的反铁磁交换相互作用。这些结合的实验和计算数据表明，Kitaev自旋液相在α-RuCl 3强烈竞争的自旋单线态结晶成价键固体。
2018-06-28 cond-mat.str-el
Incommensurate Charge Super-modulation and Hidden Dipole Order in Layered Kitaev Material $α$-RuCl$_3$
本研究发现层状$α$-RuCl$_3$在靠近石墨烯时发生非公度电荷超调制与非常规电荷序，理论证明其由内部偶极子序驱动的反铁电性所致，揭示了电荷、自旋与晶格的强耦合，为电学调控Kitaev材料磁性提供新机遇。
2024-08-26 cond-mat.str-el
Magnetic anisotropy in the Kitaev model systems Na2IrO3 and RuCl3
研究了扩展的Kitaev-Heisenberg模型中与强自旋轨道耦合蜂窝晶格磁体相关的有序矩方向。我们利用数值对角化和分析使用一组特定的自旋相干态的确切的集群基态，从而获得超越传统的微扰方法的磁各向异性的量子校正。结果发现，量子涨落强烈地修改了在经典水平上获得的力矩方向，因此对于精确量化相互作用至关重要。结果表明，在实际材料中，弯矩方向是模型参数的敏感探针。专注于实验相关的锯齿形阶段的模型，我们分析了目前可用的中子和共振X射线衍射数据Na 2 IrO 3和RuCl 3，并讨论这些Kitaev海森堡模型系统的参数制度合理。
2016-08-10 cond-mat.str-el
Sample dependence of the half-integer quantized thermal Hall effect in the Kitaev candidate $α$-RuCl$_3$
本文研究了在$c$轴与$a$轴成45 °倾斜的磁场作用下，$α$-RuCl $_3$半整数热霍尔效应的样品依赖性。我们发现具有最大纵向热导率的样品（$κ_{xx}$）显示出Kitaev模型中预期的半整数量子化热霍尔效应。另一方面，在具有较小$κ_{xx}$的样品中没有观察到量子化热霍尔效应。我们认为，抑制磁散射对声子热传导的影响，这扩大了场诱导间隙保护手征边缘电流的马约拉纳费米子，是重要的观察量子化的热霍尔效应。
2020-12-11 cond-mat.str-el
Kitaev magnetism in honeycomb RuCl3 with intermediate spin-orbit coupling
过渡金属化合物中的自旋轨道耦合（SOC）和电子关联之间的相互作用是近年来研究的热点。特别地，蜂窝晶格上的$j_{\rm eff}$ = 1/2能带为实现Kitaev的精确可解自旋模型提供了一条途径.然而，由于目前的知识需要强原子SOC来产生$j_{\rm eff}=1/2$带，因此研究仅限于氧化铱。与此预期相反，我们证明了Kitaev相互作用如何出现在4 $d$ -轨道蜂窝状$α$ -RuCl $_3$，尽管有显着较弱的SOC比铱氧化物，通过电子相关的援助。导出了这些关联辅助$j_{\rm eff}$ = 1/2带的强耦合自旋模型，其中出现了大的反铁磁Kitaev相互作用和铁磁Heisenberg相互作用.我们的分析表明，该基态是一个位于反铁磁Kitaev自旋液体附近的有序相。角分辨光电子能谱，中子散射和光学电导率的实验影响进行了讨论。
2015-06-16 cond-mat.str-el
Nonequilibrium quasistationary spin disordered state in the Kitaev-Heisenberg magnet $α$-RuCl$_3$
光脉冲激发使得能够操纵量子凝聚态的相位。在这里，我们光激发高能量的holon-doublon对作为一种方式来改变Kitaev-海森堡磁体$α$ -RuCl $_3$的磁自由能景观，目的是动态地稳定接近自旋液相。通过多磁振子发射的holon-doublon对复合跟踪的磁性线性二向色性的时间演化起源于竞争锯齿形自旋有序基态。一个小的holon-doublon密度足以达到自旋无序状态。的相变内描述的动态Ginzburg-Landau框架，证实了准稳态性质的瞬态自旋无序相。我们的工作提供了深入了解$α$ -RuCl $_3$中的电子和磁自由度之间的耦合，并提出了一种新的途径，以达到接近自旋液相Kitaev-海森堡磁体。
2020-05-28 cond-mat.str-el
Spin-glass state and reversed magnetic anisotropy induced by Cr doping in the Kitaev magnet $α$-RuCl$_3$
研究取代系列Ru $_{1-x}$ Cr $_x$ Cl $_3$的磁性以确定从具有$J_{\rm eff} = 1/2$磁性Ru $^{3+}$离子的各向异性Kitaev磁体$α$ -RuCl $_3$到具有$S = 3/2$磁性Cr $^{3+}$离子的各向同性海森堡磁体CrCl $_3$的演变。单晶的磁化强度测量结果显示，在掺杂下的磁各向异性的逆转，我们认为，从各向异性Kitaev和非对角相互作用之间的竞争产生的Ru-Ru链接和近似各向同性的Cr-Ru和各向同性的Cr-Cr相互作用。此外，结合磁化强度，交流磁化率和比热测量清楚地表明，在有利于自旋玻璃状态的Ru $_{1-x}$ Cr $_x$ Cl $_3$的低掺杂的$x\backsimeq0.1$的$α$ -RuCl $_3$的长程磁序的不稳定。相应的冻结温度作为Cr含量的函数，在$x\backsimeq0.45$附近显示出宽的最大值。
2019-07-01 cond-mat.str-el
Kitaev quasiparticles in a proximate spin liquid: A many-body localization perspective
我们研究了Kitaev准粒子作为Fock空间局域化现象在扰动海森堡相互作用下的稳定性。我们确定Kitaev状态的局部化，分形或离域的确切本征态的Fock空间中的参数制度，与前两个意味着准粒子稳定性。有限温度的计算表明，一个vison间隙，和一个非零元格威尔逊圈在低温下，这两个特性的deconfined Kitaev自旋液相，坚持远远进入相邻的阶段，有一个相伴的条纹自旋密度波（SDW）秩序。Kitaev材料的关键实验含义是，在特征能量标度以下，与SDW排序无关，Kitaev准粒子是稳定的。
2020-08-07 cond-mat.str-el
Deriving models for the Kitaev spin-liquid candidate material $α$-RuCl$_3$ from first principles
我们使用约束无规相位近似（cRPA）从第一性原理导出Kitaev自旋液体候选材料$α$ -RuCl $_3$的基于Ru- $t_{2g}$ Wannier函数的模型。我们发现非本地库仑斥力是相当大的本地相比。此外，我们得到的贡献的哈密顿量的自旋轨道耦合，并发现它也包含不可忽略的非局域项。我们利用强耦合微扰理论研究了库仑排斥和自旋轨道耦合的非局域因素对磁相互作用的影响。我们发现，非局域库仑排斥导致磁相互作用的强烈增强，偏离文献中报道的实验拟合。我们的结果有助于通过第一性原理计算理解和设计量子自旋液体材料。
2019-09-06 cond-mat.str-el
Direct Evidence for Fermi Statistics from Proximity to the Kitaev Spin Liquid in RuCl3
量子自旋液体（QSL）的一个关键特性是存在与其纠缠特性相关的分数激发，但缺乏对其统计特性的实验验证。例如，在潜在的Kitaev自旋液体中，RuCl 3实验发现了分数粒子的迹象，尽管不是它们的费米统计。在这里，我们采用拉曼散射揭示磁激发的真实性质，使用改进的实验方法和分析，以消除激光加热和热波动的影响。通过能量损失和增益谱，我们提取了拉曼磁化率的能量和温度依赖性，以证明RuCl 3的磁响应是由费米子激发对产生的。此外，通过与量子Monte Carlo（QMC）的精确Kitaev极限的结果相比，我们能够辨别的能量和温度范围内，额外的相互作用项是重要的。我们的结果开辟了新的方向，在QSL研究提供了一种新的方式来调查分数激发和条款的重要性，导致自旋禁闭。
2019-06-19 cond-mat.str-el
Large Thermal Hall Effect in $α$-RuCl$_3$: Evidence for Heat Transport by Kitaev-Heisenberg Paramagnons
磁场中的蜂窝Kitaev模型是拓扑量子自旋液体的一个来源，其具有作为分数准粒子的Majorana费米子和规范通量激发。我们目前的实验结果的材料$α$ -RuCl $_{3}$的热霍尔效应，最近出现作为一个主要的候选人实现这样的物理。在温度高于长程磁有序$T\gtrsim T_N\approx8$ K时，我们观察到与垂直于蜂窝层的磁场$B$相当大的正横向热导率$κ_{xy}$，其随$B$线性增加。在升高温度时，$κ_{xy}(T)$强烈地增加，在30 K附近表现出宽的最大值，并且最终在$T\gtrsim 125$ K处变得可忽略。值得注意的是，纵向热导率$κ_{xx}(T)$表现出相当大的正热磁电阻效应。因此，我们的研究结果提供了明确的证据，纵向和横向的磁热传输和支持的非常规性质的准粒子在顺磁相的$α$ -RuCl $_{3}$。
2018-03-21 cond-mat.str-el
The field-angle anisotropy of proximate Kitaev systems under an in-plane magnetic field
我们研究了近似Kitaev系统在面内磁场作用下磁激发的场角行为。采用精确对角化方法和线性自旋波理论，我们证明了极化相的磁激发能隙由$M$点的磁振子激发决定，并且在临界场极限附近，磁激发能隙相对于场方向具有强的各向异性.这种磁振子激发的比热具有与Kitaev模型中非阿贝尔自旋液相的预期各向异性行为定性相同的各向异性行为，并且实验观察到$α$ -RuCl $_3$中的中间相之一。
2021-10-14 cond-mat.str-el
Large field-induced gap of Kitaev-Heisenberg paramagnons in $α$-RuCl$_{3}$
蜂窝Kitaev-Heisenberg模型是一个量子自旋液体的源，它具有作为分数准粒子的Majorana费米子和规范通量激发。在寻找相关材料的过程中，$α$ $_{3}$最近成为主要候选物.在这里，我们揭示了极不寻常的低温热导率$κ$的$α$ -RuCl $_{3}$：超过磁场的$B_c\approx$ 7.5 T，$κ$增加了约一个数量级，导致在一个大的磁场依赖峰在约7 K，无论是在平面内以及平面外运输。这澄清了不寻常的磁场的依赖性明确地是严重散射的声子关闭假定的Kitaev-海森堡激发结合激烈的磁场诱导的变化的磁激发光谱的结果。特别地，出现了意想不到的大能隙，其随着磁场近似线性地增加，并且在18 T下达到非常大的$\hbarω_0/k_B\approx $ 50 K。
2017-03-24 cond-mat.str-el
Spin-orbit excitation energies, anisotropic exchange, and magnetic phases of honeycomb RuCl3
使用量子化学计算，我们揭示了新的光RuCl 3，蜂窝Kitaev自旋模型的实现建议的电子结构和磁性。结果发现，最近邻Kitaev交换K是弱于5d 5 Ir氧化物，但仍然大于其他有效的自旋耦合。电子结构的计算也表明铁磁性K的卤化物，这是支持的场依赖性磁化的详细分析。通过对扩展Kitaev-Heisenberg哈密顿量的精确对角化计算，我们还发现在外加磁场的作用下，RuCl 3可以从Z字形序跃迁到自旋液体基态.
2016-04-16 cond-mat.str-el
Magnon bound states vs. anyonic Majorana excitations in the Kitaev honeycomb magnet $α$-RuCl$_3$
纯Kitaev蜂窝模型在零磁场中包含一个量子自旋液体，而施加有限磁场诱导一个具有非阿贝尔任意子激发的拓扑自旋液体。后一相在Kitaev候选材料如$α$ $_3$中一直备受追捧.目前，存在两个竞争的情况下，这种化合物（$B=7-10$ T）的中间场相位，实验以及理论结果的基础上：（一）传统的多粒子磁激发整数量子数与（ii）马约拉纳费米子激发可能非阿贝尔性质的分数量子数。为了区分这些情况下的详细调查的激发宽场温度相图是必不可少的。在这里，我们提出的拉曼光谱数据揭示了低能量准粒子出现在中间领域，这是对比传统的自旋波激发的连续的分数激发。这些准粒子的温度演化表明，形成的束缚态的分数激发。
2019-10-02 cond-mat.str-el
ARPES study of the Kitaev Candidate $α$-RuCl$_3$
$α$ -RuCl $_3$被认为是接近Kitaev自旋液体状态的自旋轨道辅助莫特绝缘体。在这里，我们提出的ARPES测量单晶$α$ -RuCl $_3$在原始状态和电子掺杂状态，并结合LDA+SOC+U计算进行的几个低能量的竞争磁有序状态以及顺磁状态。在测量的原始化合物的能带结构中发现了大的Mott带隙，该带隙持续超过磁有序温度的20倍，尽管顺磁计算显示几乎没有带隙。在电子掺杂时，光谱权重被转移到带隙中，但新的状态仍然保持与费米边缘相当大的带隙。这些发现与莫特绝缘体最一致，莫特绝缘体在温度和掺杂的情况下从莫特态中发生了某种奇异的演化，可能与异常强烈的自旋波动有关。
2016-08-19 cond-mat.str-el
The planar thermal Hall conductivity in the Kitaev magnet α-RuCl3
我们报告详细测量的Onsager样平面霍尔热导率$κ_{xy}$在$α$ -RuCl $_3$，自旋液体候选人的局部利益。在热电流${\bf J}_{\rm Q}$和磁场$\bf B\parallel a$（Z字形轴）作用下，观测到的$κ_{xy}/T$随温度$T$（1-10 K）而强烈变化。结果是很好地描述了玻色子边缘激发，在大$B$拓扑磁振子。拟合到$κ_{xy}/T$产生陈数$\sim 1$和能带能量$ω_1\sim$ 1 meV，与电子自旋共振实验中观察到的锐模一致。玻色子特征与$κ_{xy}/T$的半量子化不相容。
2022-01-19 cond-mat.str-el
Spin-orbit excitations and electronic structure of the putative Kitaev magnet $α$-RuCl$_3$
具有强自旋-轨道耦合的莫特绝缘体已经被提出来容纳非常规的磁态，包括Kitaev量子自旋液体。4 $d$系统$α$ -RuCl $_3$最近被认为是Kitaev系统的候选者，在磁散射实验中有不寻常的自旋激发的证据。我们应用光学光谱和拉曼散射相结合的方法来研究这种材料的电子结构。我们的测量揭示了一系列的轨道激发涉及本地化的总角动量态的Ru离子，这意味着强的自旋-轨道耦合和电子-电子相互作用共存于这种材料。这些功能的分析使我们能够估计的自旋轨道耦合强度，以及其他参数描述的本地电子结构，揭示了一个明确的层次结构内的Ru $d$状态的能量尺度。通过比较我们的实验结果与密度泛函理论的计算，我们还澄清了光学响应的整体特征。结果表明，$α$ -RuCl $_3$是研究蜂窝晶格上自旋轨道耦合磁性的理想材料体系。
2016-03-09 cond-mat.str-el
Nearest-neighbor Kitaev exchange blocked by charge order in electron doped $α$-RuCl$_{3}$
量子自旋液体可以在$α$-RuCl $_{3}$中实现，$_{3}$是一种具有大量自旋轨道耦合的蜂窝晶格磁性材料。此外，$α$ -RuCl $_{3}$是Mott绝缘体，这意味着在掺杂时可能会出现新的奇异相。在这里，我们研究了这种材料的电子结构时，插入与钾的光电子能谱，电子能量损失谱和密度泛函理论计算。我们在K $_{0.5}$ RuCl $_3$得到了稳定的化学计量。这引起了特殊的电荷交换，形成形式上的Ru $^{2+}$（4 $d^6$）和Ru $^{3+}$（4 $d^5$）。每个在$t_{2g}$壳层中具有一个空穴的Ru 4 $d^5$位被4 $d^6$特征的最近邻所包围，其中$t_{2g}$能级是满的并且是磁惰性的。因此，每种类型的Ru位点形成三角形晶格，并且原始蜂窝的最近邻相互作用被阻断。
2017-10-13 cond-mat.str-el
One Proximate Kitaev Spin Liquid in the $K$-$J$-$Γ$ Model on the Honeycomb Lattice
除了Kitaev（$K$）相互作用之外，候选Kitaev材料还具有海森堡（$J$）和非对角对称（$Γ$）耦合。采用变分蒙特卡罗（VMC）方法研究了蜂窝晶格上的量子（$S = 1/2$）$K$-$J$ - $Γ$模型.除了“通用”Kitaev自旋液体（KSL），我们发现，只有一个接近KSL（PKSL）相，而其余的相图包含不同的磁有序状态。PKSL是具有14个马约拉纳锥的无带隙Z $_2$态，与KSL相比，PKSL具有无带隙自旋响应。在垂直于蜂窝状平面的磁场中，实现了两个Kitaev带隙手性自旋液相，其中一个是非阿贝尔的，其Chern数为$ν= 5$，另一个是阿贝尔的，其$ν= 4$ .这两个阶段可以区分他们的热霍尔电导。
2019-11-13 cond-mat.str-el
Quantized and unquantized thermal Hall conductance of Kitaev spin-liquid candidate $α$-RuCl$_3$
尽管进行了广泛的研究，但Kitaev候选材料$α$ -RuCl $_3$的磁场诱导量子无序态中托管马约拉纳边缘模式的拓扑状态一直受到激烈的争论。为了更深入地了解这个问题，我们测量了通过布里奇曼法生长的各种样品的霍尔热导率$κ_{xy}$。结果表明，半整数量子热霍尔效应与样品的纵向热导率和零场Néel温度密切相关，且均与样品有关.表现出半整数量子热霍尔效应的样品具有大于阈值的零场热导率值，这意味着热载体的长平均自由程是重要的先决条件。此外，我们发现具有较高Néel温度的样品表现出较高的磁场，在该磁场下量子化开始发生。这些结果表明，量子化现象是显着的杂质散射和非Kitaev相互作用的影响。
2022-08-30 cond-mat.str-el
Bulk excitations in ultraclean $α$-RuCl$_3$: Quantitative evidence for Majorana dispersions in a Kitaev quantum spin liquid
本研究通过面内磁场旋转下的高分辨率比热测量，发现超纯$α$-RuCl$_3$单晶在场致量子无序态中存在各向异性激发能隙和类Dirac色散的无能隙激发，定量证实了其Majorana能带特征，证明该态是鲁棒的Kitaev量子自旋液体。
2025-05-02 cond-mat.str-el
Chiral excitations and the intermediate-field spin-liquid regime in the Kitaev magnet $α$-RuCl$_3$
该研究通过依赖螺旋性的拉曼散射，发现α-RuCl₃在7.5-10.5T磁场区间存在手性自旋翻转激发的拉曼光学活性平台，为其中间场量子自旋液体相的存在提供了直接光谱证据。
2023-05-05 cond-mat.str-el
Weak-coupling to strong-coupling quantum criticality crossover in a Kitaev quantum spin liquid $α$-RuCl$_3$
本研究在Kitaev量子自旋液体材料$\alpha$-RuCl$_3$中发现全新的量子临界性渡越现象，揭示其高能标弱耦合与低能标高耦合的两种普适标度行为，为费米子-玻色子耦合拓扑系统的量子临界演化研究提供关键见解。
2022-03-25 cond-mat.str-el
Dynamical and thermal magnetic properties of the Kitaev spin liquid candidate $α$-RuCl$_3$
$α$ -RuCl $_3$的正确低能自旋哈密顿量描述是什么？这种材料是一种很有前途的Kitaev自旋液体候选者，但也被称为磁性有序，其描述需要额外的相互作用项。这些相互作用的性质，它们的大小，甚至符号，仍然是一个悬而未决的问题。在这项工作中，我们系统地研究提出的有效哈密顿的动力学和热力学磁性。我们使用精确对角化方法计算零温中子非弹性散射强度，使用热纯量子态方法计算磁比热。我们发现，没有一个单一的电流模型能满意地解释$α$ -RuCl $_3$的所有观察到的现象.特别是，我们发现，从第一性原理导出的哈密顿量可以捕获实验观察到的高温峰的磁比热，而高估的磁振子能量在区中心。相比之下，其他模型再现了INS数据的重要特征，但未充分描述磁比热。为了解决这个矛盾，我们提出了一个修改的从头算模型，是一致的磁比热和低能量的INS数据的功能。
2020-01-10 cond-mat.str-el
Magnetoelastic coupling and effects of uniaxial strain in $α$-RuCl$_3$ from first principles
我们提出的第一性原理的磁致弹性耦合的$α$ -RuCl $_3$的结果，并揭示了一个惊人的磁耦合常数应变效应的依赖性。不同的磁相互作用被发现在晶格中的变化非常不平等的反应，与Kitaev相互作用是最敏感的。我们的磁弹性模型的精确对角化结果再现最近的测量结构Grüneisen参数和解释的起源$α$ -RuCl $_3$的负磁致伸缩，解开贡献相关的不同的各向异性相互作用和g因子。单轴应变垂直于蜂窝平面预测重组的相对耦合强度，强烈增强Kitaev相互作用，同时削弱压缩下的其他各向异性交流。因此，单轴应变可以提出一种富有成效的途径来实验性地将$α$ $_3$调节到更接近Kitaev极限。
2021-04-08 cond-mat.str-el
Exchange interactions in $d^{5}$ Kitaev materials: From Na$_2$IrO$_3$ to $α$-RuCl$_3$
本文研究了赝自旋二分之一$d^{5}$离子在共边八面体蜂窝晶格中的交换作用。各种交换渠道，包括哈伯德U，电荷转移激发，循环交换被认为是。包括$t_{2g}$轨道内以及$t_{2g}$和$e_g$轨道之间的跳跃。特别注意三角晶场$Δ$交换参数的影响。在广泛的$Δ$范围内，所获得的交换汉密尔顿量由铁磁Kitaev相互作用K主导。结果发现，接近电荷转移绝缘体制度和小$Δ$的参数区域是最有希望实现Kitaev自旋液相。在此基础上讨论了两种典型的蜂窝材料Na $_2$ IrO $_3$和$α$ -RuCl $_3$.我们已经发现，这两种材料共享占主导地位的铁磁K和积极的非对角$Γ$值。然而，它们的Heisenberg J项具有相反的符号：Na $_2$ IrO $_3$中的AFM J>0和$α$ -RuCl $_3$中的FM J<0.这就产生了不同的磁涨落，导致了它们不同的磁化行为和自旋激发谱。在$α$ -RuCl $_3$中强调了由于大FM J而导致的与FM状态的接近。这两种材料的交换耦合之间的差异源于相反的$Δ$值，表明晶体场可以作为一个有效的控制参数来调节$d^{5}$自旋轨道莫特绝缘体的磁性。
2022-06-09 cond-mat.str-el
Evidence for the first-order topological phase transition in a Kitaev spin liquid candidate $α$-RuCl$ _3$
二维蜂窝晶格上的Kitaev量子自旋液体（QSL）是一种纠缠拓扑状态的缩影，其中自旋分裂成马约拉纳费米子。这种状态引起了极大的兴趣，因为它含有非阿贝尔任意子激发。在$α$-RuCl $_3$中观察到的半整数量子化热霍尔（HIQTH）电导是这些激发的关键特征。然而，这种在强磁场中的拓扑非平凡状态的命运在很大程度上仍然难以捉摸。在这里，我们报告了具有面内磁场$H$的$α$-RuCl $_3$的热导率$κ$和比热$C$。在垂直于Ru-Ru键的磁场方向上观察到HIQTH效应，发现$κ(H)$的不连续跳跃和$C(H)$在$μ_0H^*\approx11$，T处的峰异常，证明存在弱的一级相变.值得注意的是，HIQTH效应在接近$H^*$时消失。此外，我们发现，自旋分馏功能被保留在$H^\ast$以上。这意味着出现的相变，分离两个QSL阶段具有不同的拓扑性质。
2022-03-01 cond-mat.str-el
Proximate Kitaev system for an intermediate magnetic phase in in-plane magnetic fields
受近Kitaev系统$α$ -RuCl $_3$在磁场作用下的磁相变的启发，我们研究了具有铁磁最近邻Kitaev相互作用和反铁磁第三最近邻Heisenberg相互作用的最简单但本质的量子自旋模型.采用精确对角化和密度矩阵重整化群方法，我们证明了该模型显示了磁相变从锯齿形顺序阶段的自旋极化阶段通过一个中间阶段，在两种情况下，当一个面内磁场施加垂直于NN键方向和当一个面外的字段被施加，与实验观察符合得很好。此外，我们还验证了额外的对称非对角$Γ$相互作用和铁磁海森堡相互作用都可以抑制面内场的中间相。我们的结果提供了重要的线索，以确定相关的相互作用，在磁场诱导的磁相变的接近Kiteav系统。
2020-10-07 cond-mat.str-el
Controlling the magnetic state of the proximate quantum spin liquid $α$-RuCl$_3$ with an optical cavity
本研究利用光学腔的真空涨落和光与物质耦合，实现了对邻近量子自旋液体 $\alpha$-RuCl$_3$ 磁态的控制，可稳定多种磁相，并能在太赫兹波段仅靠真空涨落实现从锯齿形反铁磁到铁磁的转变，甚至通过少光子泵浦进入 Kitaev 量子自旋液体态。
2022-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Possible Realization of Kitaev Spin Liquids in van der Waals Heterostructures of $α$-RuCl$_3$ and Cr$X_3$ ($X$=Cl and I)
提出通过构建 $α$-RuCl$_3$ 与 Cr$X_3$ 的 van der Waals 异质结构，利用铁磁邻近效应在零场下抑制 zigzag 序并保留 Kitaev 相互作用，从而实现 Kitaev 自旋液体。
2024-12-25 cond-mat.str-el
Spin excitations of a proximate Kitaev quantum spin liquid realized in Cu$_2$IrO$_3$
在键依赖伊辛相互作用之间的阻挫效应的影响下，排列在蜂窝晶格的角上的磁矩被预测形成一种新的物质状态，Kitaev量子自旋液体。一些层状蜂窝状铱酸盐和相关材料，如Na $_{2}$ IrO $_{3}$和$α$ $_{3}$，接近于Kitaev量子自旋液体，但与不期望的反铁磁长程有序相关联的玻色子自旋波激发掩盖了Kitaev哈密顿量的固有性质。在这里，我们使用$^{63}$ Cu核四极共振，揭示了低能量自旋激发在近理想的蜂窝晶格中的有效自旋$S = 1/2$在铜$_{2}$中的Ir $^{4+}$位置$_{3}$。我们证明，不像Na $_{2}$ IrO $_{3}$，Ir自旋涨落没有表现出临界慢向磁长程有序在零外磁场的证据。此外，低能量的自旋激发光谱是占主导地位的模式，具有大的激发间隙可比的伊辛相互作用，预期的签名为Kitaev量子自旋液体的马约拉纳费米子。
2022-03-08 cond-mat.str-el
Magnons, Phonons, and Thermal Hall Effect in Candidate Kitaev Magnet $α$-RuCl$_3$
我们研究了Kitaev候选材料$α$ -RuCl $_3$中有争议的热霍尔效应的性质。在不假设存在带隙自旋液体的情况下，我们证明了一个现实的最小自旋模型在倾斜的锯齿形相位足以，在线性自旋波理论的水平上，定性地解释所观察到的温度和磁场依赖的非量子化的热霍尔电导率$κ_{xy}$，其起源在于磁振子带的Berry曲率。然而，与Czajka等人[Nat.Mater. 22，36-41（2023）]，甚至在扫描宽范围的模型参数以使$κ_{xy}/T$最大化之后。最近的实验表明，声子起着重要的作用，我们表明耦合到自旋，赋予声子的手征。然而，由此产生的固有贡献，从磁振子和声子，仍然不足以解释所观察到的霍尔信号的幅度。在仔细分析了非本征声子机制之后，我们使用Lefrançois等人[Phys. Rev. X 12，021025（2022）]关于$α$ -RuCl $_3$中热输运的最新实验数据来确定非本征和本征贡献$η\equiv κ_{xy}^{E}/κ_{xy}^{I}$的唯象比。我们发现$η=1.2\pm 0.5$，结合我们计算的固有值，定量地解释了在$α$ -RuCl $_3$的实验热霍尔效应的幅度和详细的温度依赖性。
2023-01-25 cond-mat.str-el
Re-investigation of Moment Direction in a Kitaev Material $α$-RuCl$_{3}$
本研究通过X射线衍射和共振弹性X射线散射研究两种不同磁转变温度的$\alpha$-RuCl$_3$晶体，发现二者虽结构畴状态不同但之字形磁结构和磁矩方向一致，表明层内磁哈密顿量基本不受T$_N$影响。
2024-03-07 cond-mat.str-el
Investigation of the magnetoelastic coupling anisotropy in the Kitaev material $α$-RuCl$_3$
Kitaev材料$α$-RuCl $_3$是具有分数激发的量子自旋液体状态的最突出的候选者之一。最近的实验和理论研究分别揭示了磁弹性耦合和磁各向异性的重要性，在依赖于所施加的磁场方向。在这项理论和实验相结合的研究中，我们研究了沿主晶轴施加的磁场以及倾斜于蜂窝平面的磁场的各向异性磁和磁弹性性质。我们发现，磁致伸缩各向异性是不寻常的大相比，磁化强度的各向异性，这是有关的强磁弹性$\widetilde{Γ'}$型耦合在我们的\textit{ab-initio}导出的模型。我们观察到大的，非对称的磁各向异性的磁场倾斜的蜂窝$ab$ -平面在相反的方向，即朝向$+c^*$或$-c^*$轴，分别。所观察到的方向各向异性的解释考虑相对于共同对齐的RuCl $_6$八面体的磁场的相对取向。倾斜磁场中的磁致伸缩测量支持这种非对称磁各向异性，然而这些实验受到磁矩效应的影响。理论预测与实验结果的比较使我们能够认识到在实验装置中的扭矩效应的显着贡献，其中$α$ -RuCl $_3$被放置在倾斜的磁场。
2022-02-15 cond-mat.str-el
Field-induced phase transitions of the Kitaev material $α$-RuCl$_3$ probed by thermal expansion and magnetostriction
高分辨率的热膨胀和磁致伸缩的测量进行$α$ $_3$的单晶中施加平行于Ru-Ru键的磁场。在垂直于蜂窝平面的方向上测量长度变化。我们的数据显示出明确的热力学特性的场诱导相变在临界场$μ_0H_{c1} = 7.8(2)$ T的反铁磁锯齿顺序被抑制。在更高的磁场下，磁致伸缩系数的扭结表示在$μ_0H_{c2} \approx 11$ T附近的额外相变。提取的Grüneisen参数显示了$H_{c1}$附近量子临界的典型特征，但也显示了$H_{c1}$以上的异常行为。我们比较我们的实验数据与线性自旋波计算采用最小Kitaev海森堡模型在半经典极限。大多数的显着特征是彼此一致的，然而，在$H_{c1}$以上的高场区域的特殊功能不能在我们的建模，因此建议一个真正的量子性质。我们构建了$α$ -RuCl $_3$的相图，显示了沿Ru-Ru键的面内场诱导的两个低温转变。
2020-06-29 cond-mat.str-el
Magnetic States of Graphene Proximitized Kitaev Materials
本研究探讨了石墨烯/RuCl3异质双层中磁性态与电子性质的相互作用，通过自洽Hartree-Fock计算证实了面外铁磁和zigzag反铁磁态的能量竞争性，并发现强杂化会导致石墨烯磁阻且可能打破磁性态平衡。
2023-07-19 cond-mat.str-el
Evidence for distortion-induced local electric polarization in $α$-RuCl$_3$
本文通过X射线衍射、二次谐波产生和介电测量证明α-RuCl₃中存在畸变诱导的局域电极化，并揭示其源于电荷二聚化及短程自旋关联增强，为研究Kitaev材料电荷效应提供新平台。
2024-05-17 cond-mat.str-el
High-field thermal transport properties of the Kitaev quantum magnet alpha-RuCl3: evidence for low-energy excitations beyond the critical field
研究了Kitaev量子磁体α-RuCl 3在高达33 T的面内磁场下的声子面内纵向低温热导率kappa_ab.我们的数据显示，磁场大于临界磁场Bc ~ 8 T，在该磁场下磁序被抑制，kappa_ab在所有温度下都急剧增加。我们的数据的分析表明，声子不仅强烈散射的磁模在相对较大的能量，大致线性的磁场的规模，但也出现在Bc附近的平方根类场依赖的小能量模式。虽然前者是在惊人的协议与最近的自旋波理论（SWT）的磁激发谱在伽马点的结果，后者的能量太小，不兼容SWT预期的磁振子间隙在M点，尽管匹配场的依赖性。因此，提出了一种基于声子散射的随机单重态热激发的替代方案。
2020-10-30 cond-mat.str-el
Gapless Spin Excitations in the Field-Induced Quantum Spin Liquid Phase of alpha-RuCl3
$α$ -RuCl $_3$是一种领先的候选材料，用于观测与Kitaev量子自旋液体（QSL）相关的物理。结合磁化率，比热，和核磁共振测量，我们表明，$α$ -RuCl $_3$在$ab$平面上施加7.5 T的磁场中经历量子相变到QSL。我们进一步表明，这个高场QSL阶段有一个高达16 T的字段范围内的无隙自旋激发。这一高度非常规的结果，在海森堡或基塔耶夫磁铁中都是未知的，为建立$α$ -RuCl $_3$的物理学提供了至关重要的见解。
2017-12-11 cond-mat.str-el
Hydrated lithium intercalation into the Kitaev spin liquid candidate material $α-$RuCl$_3$
我们研究了水合和锂插层的$α$ -RuCl $_3$，Li $_x$ RuCl $_3 \cdot y$ H $_2$ O的输运和磁性，以研究迁移载流子掺杂到候选材料中的效果，从而实现Kitaev模型。通过热重分析和一维电子图分析，我们发现该体系有两种晶体结构，即单层水合Li $_x$ RuCl $_3 \cdot y$ H $_2$ O~ $(x\approx0.56, y\approx1.3)$和双层水合Li $_x$ RuCl $_3 \cdot y$ H $_2$ O~ $(x\approx0.56, y\approx3.9)$。电阻率的温度依赖性显示在200-270 K的温度滞后，这被认为是与电荷秩序的形成。在双层水合Li $_x$ RuCl $_3 \cdot y$ H $_2$ O中，原始$α$-RuCl中7-13 K的反铁磁有序被成功地抑制到2 K，这不仅对Ru的电子状态敏感，而且对Ru-Cl平面之间的层间距离敏感。
2019-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Field-induced quantum criticality in the Kitaev system $α$-RuCl$_3$
$α$ -RuCl $_3$已经吸引了巨大的关注，因为它已被提出作为一个主要的候选人，研究类似于Kitaev的蜂窝晶格自旋液体的分馏磁激发。我们已经进行了详细的比热调查，在温度下降到$0.4$ K，在施加的磁场高达$9$ T的领域平行于$ab$平面。我们发现，零场反铁磁序的抑制，以及增加的低温比热，与增加的领域高达$μ_0H_c\approx 6.9$ T。在$H_c$以上，磁对低温比热的贡献被强烈抑制，这意味着自旋-激发能隙的打开。我们的数据指向一个场诱导量子临界点（QCP）在$H_c$，这是由$H_c$附近的普遍标度行为的支持。值得注意的是，数据还揭示了一个小的特征能量尺度远低于PDMATHAMT ~meV以上的激发光谱的定性变化的存在。我们将数据与基于$J_1$ - $K_1$ -$Γ_1$- $J_3$蜂窝模型的理论计算相关联。
2017-04-11 cond-mat.str-el
