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
Magnetism of Kitaev spin-liquid candidate material RuBr$_3$
卤化钌$α$ $_{3}$是Kitaev自旋液体的有希望的候选者。然而，描述$α$ -RuCl $_{3}$的微观模型仍然存在争议，部分原因是缺乏$α$ -RuCl $_{3}$的类似材料，这阻止了作为受控相互作用参数的函数的电子性质的跟踪。本文报道了RuBr $_{3}$的成功合成。材料$_{3}$ ~具有$_3$型结构（空间群：$R\overline{3}$），其中Ru $^{3+}$形成理想的蜂窝晶格.虽然RuBr $_{3}$具有负Weiss温度，但它在$T_\mathrm{N}=34$ K下经历锯齿形反铁磁转变，$α$ -RuCl $_{3}$也是如此。我们的分析表明，Kitaev和非Kitaev相互作用可以通过改变配体的位置在三卤化钌，这为探索Kitaev自旋液体提供了一个新的平台。
2021-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Lessons from $α$-RuCl3 for pursuing quantum spin liquid physics in atomically thin materials
本综述以α-RuCl3为核心研究对象，梳理原子级厚度材料中Kitaev磁性与量子自旋液体的研究进展，总结相关实验技术与理论框架以指导二维量子自旋液体材料开发。
2025-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Translation-enriched $Z_2$ spin liquids and topological vison bands: Possible application to $α$-RuCl$_3$
受自旋-轨道耦合$2d$ Mott绝缘体$α$ -RuCl $_3$的磁场诱导相实验的启发，我们研究了晶格平移对称性富集的带隙$Z_2$量子自旋液体（QSL）的一些一般性质.我们发现，有$12$不同的这样的阶段与不同的实现平移对称。在某些相态中，这种QSL的视子激发可能形成拓扑Chern带。我们探讨了一个假定的$Z_2$ QSL作为一个候选基态在中间磁场的$α$ -RuCl $_3$的唯象描述。这种状态在中子散射中具有宽的连续谱，在零温度下变为零的“玻色子”热霍尔信号，以及与锯齿形磁有序态的自然联系，所有这些都在$α$ -RuCl $_3$中可见。一般来说，在这种状态下，在布里渊区的多个点处也会看到连续散射。
2022-07-21 cond-mat.str-el
Field-induced intermediate phase in $α$-RuCl$_3$: Non-coplanar order, phase diagram, and proximate spin liquid
具有强自旋轨道耦合的受抑磁体有望承载物质的拓扑状态，具有分数激发和涌现的规范场。Kitaev关于蜂窝晶格Majorana自旋液体的提议引发了对实验实现的强烈搜索，其中键依赖的伊辛相互作用是基本的构建块。一个主要的候选物是$α$ $_3$，然而，迄今为止还不了解其在磁场中的相图。在这里，我们提出了确凿的实验证据，一种新的场诱导有序相在$α$ -RuCl $_3$，夹在锯齿形和量子无序相在低和高场，分别。我们提供了一个详细的理论研究相关的有效自旋模型，我们显示，显示场诱导的中间阶段以及。我们充分描述了该模型中的中间相，包括其复杂的自旋结构，并根据实验观察到的临界场确定了与$α$ -RuCl $_3$相关的参数。最重要的是，我们的研究将$α$ -RuCl $_3$的物理学与Kitaev- $Γ$模型的物理学联系起来，Kitaev- $Γ$模型在零场中显示量子自旋液体，从而揭示了其签名已在$α$ -RuCl $_3$的各种动力学探针中检测到的自旋液体。
2021-05-18 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
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
Proximate Kitaev Quantum Spin Liquid Behaviour in α-RuCl$_3$
量子自旋液体（QSL）等拓扑态物质由于具有量子信息的保护和Majorana费米子的出现等显著的物理性质而引起人们的极大兴趣。然而，这种QSL已被证明难以通过实验确定。最有希望的方法是通过中子散射中它们的动力学响应的波矢和强度依赖性来研究它们的奇异性质。一个主要的研究集中在铱酸盐材料，提出实现著名的Kitaev模型的蜂窝晶格-一个原型拓扑QSL系统在二维（2D）。然而，铱用于中子测量的困难极大地阻碍了进展。在这里，我们提供的实验证据表明，基于钌的材料，α-RuCl $_3$实现了相同的Kitaev物理，但非常适合中子调查。我们的测量结果证实了所需的强自旋轨道耦合，和低温磁序匹配的预测阶段接近QSL。我们还表明，堆垛层错，固有的高度二维性质的材料，很容易解释一些令人困惑的结果。动态响应函数的测量，特别是在能量和温度以上，层间效应是明显的，自然占在量子化学物质预期的解除禁闭物理方面。通过与最近计算的纯Kitaev模型的规范流激发和Majorana费米子的动力学的比较，我们提出α-RuCl $_3$作为实验实现分数Kitaev物理的主要候选者。
2015-04-29 cond-mat.mtrl-sci 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
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
Divergence of Majorana-Phonon Scattering in Kitaev Quantum Spin Liquid
磁弹性相互作用耦合自旋和晶格自由度，并在磁性绝缘体的热输运性质中起着关键作用。在Kitaev量子自旋液体中，低能激发是荷电中性的Majorana费米子，它将磁弹性相互作用转化为Majorana声子散射。受Kitaev量子自旋液体候选物RuCl $_3$的反常热性质的启发，本文结合meV分辨率的非弹性X射线散射和理论计算来研究Majorana声子散射。我们解析地导出了速度相关的马约拉纳声子散射，并发现当声学声子和巡游马约拉纳费米子具有相同的速度时，散射发散。基于实验测定的RuCl $_3$中的声学声子速度，我们估计了Kitaev相互作用中发散的Majorana声子散射可能发生的范围。我们的结果为揭示Kitaev量子自旋液体中的分形准粒子开辟了一条新的途径，并强调了晶格激发在RuCl $_3$中的关键作用。
2021-12-03 cond-mat.mtrl-sci 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
Ultrafast spin dynamics in the proximate quantum spin liquid α-RuCl3
本研究利用泵浦-探测瞬态光栅光谱研究近量子自旋液体α-RuCl3的超快自旋动力学，发现在Kitaev顺磁相中存在对磁场敏感的光致激发分量，其寿命反映了非常规自旋激发的动力学。
2023-11-25 cond-mat.str-el
Evidence for a Field-induced Quantum Spin Liquid in $α$-RuCl$_3$
我们报告了在蜂窝晶格中的$^{35}$的核磁共振研究，$α$是一种被认为可能实现Kitaev量子自旋液体（QSL）基态的材料。我们的结果为$α$ -RuCl $_3$具有磁场诱导的QSL提供了直接证据.对于大于$\sim 10$ T的场，自旋隙打开，而共振线保持尖锐，证明自旋是量子无序和局部波动的。自旋带隙随磁场的增加而线性增加，在15 T时达到$\sim50$ K，并且相对于场方向几乎是各向同性的。不寻常的快速增加的自旋间隙增加的领域和其各向同性的性质是不符合传统的磁有序，特别是排除基态是一个完全极化的铁磁体。在Kitaev模型中确实预测了这种场诱导的、有间隙的QSL相的存在。
2017-07-19 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
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
Giant Phonon Anomalies in the Proximate Kitaev Quantum Spin Liquid $α$-RuCl$_3$
Kitaev量子自旋液体是一种纠缠拓扑态的缩影，预测了它的两种分形低能激发：巡游的Majorana费米子和Z2规范通量。这些激发的检测仍然具有挑战性，因为它们的分数量子数和非局域性。最近有人提出Kitaev量子自旋液体的声子谱中存在分数激发的指纹，这种指纹是通过一种新的分数激发-声子耦合而编码的。在这里，我们发现这种效果在$α$ -RuCl 3使用非弹性X射线散射meV的分辨率。在高温下，我们发现交错的光学声子拦截3和7毫电子伏之间的横向声学声子。当温度降低时，光学声子显示出Kitaev能量附近的大强度增强，JK~8 meV，这与Z2规范通量能量标度附近的巨大声学声子软化相一致。这种分数激发诱导的声子异常揭示了$α$ -RuCl 3中量子热霍尔效应的关键成分，并展示了检测拓扑量子材料中分数激发的原理验证方法。
2021-06-15 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
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
High-field quantum spin liquid transitions and angle-field phase diagram of Kitaev magnet $α$-RuCl$_3$
在Kitaev蜂窝磁体中寻找量子自旋液体（QSL）是近年来的研究热点。特别地，$α$ $_3$已被广泛认为是Kitaev QSL的有希望的候选物.虽然该化合物在零场下表现出反铁磁有序，但它被认为具有分数激发，并且可以被磁场驱动到QSL相。本文基于$α$ $_3$的$K$-$J$-$Γ$ - $Γ'$模型[1]，利用指数张量重整化群方法研究了磁场作用下化合物的相图.计算了磁场与垂直于蜂窝面的$c^*$轴成一定夹角时，材料的比热、Grüneisen参数、磁矩和磁化率等热力学量.我们发现一个扩展的QSL角场相图确定的热力学响应。从计算到非常低的温度的比热和熵数据中确定了这种场诱导的QSL的无隙性质。本研究为今后$α$ $_3$和其他候选Kitaev磁体中的QSL的高场实验提供了指导。
2022-11-03 cond-mat.stat-mech 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
Possible Intermediate Quantum Spin Liquid Phase in $α$-RuCl$_3$ under High Magnetic Fields up to 100 T
本文通过高达102 T的脉冲磁场磁化测量和密度矩阵重整化群模拟，在Kitaev材料$α$-RuCl$_3$中发现了由磁场诱导的量子自旋液体中间相，并构建了与实验高度吻合的场角量子相图。
2023-09-13 cond-mat.str-el
Evidence of a Phonon Hall Effect in the Kitaev Spin Liquid Candidate $α$-RuCl$_3$
材料$α$ -RuCl $_3$作为潜在的Kitaev量子自旋液体一直受到严格审查，预计将显示马约拉纳费米子作为低能量激发。在实践中，$α$-RuCl $_3$在温度$T_{\rm N}$ $\approx$ 7 K以下经历到具有反铁磁序的状态的转变，但是该序可以通过施加$H_\parallel$ = 7 T的外部面内磁场来抑制.量子自旋液相是否存在于该场之上仍然是一个悬而未决的问题，但Kasahara及其同事$\big[$ Kasahara ${\it et \ al}$在$H_\parallel$ $>$ 7 T处观察到量子化热霍尔电导率的报道，Nature ${\bf 559}$，227（2018）$\big]$被解释为Kitaev量子自旋液态中巡回马约拉纳费米子的证据。在这项研究中，我们重新检查的起源的霍尔热导率$κ_{\rm xy}$在$α$ -RuCl $_3$。我们的测量$κ_{\rm xy}$（$T$）在几种不同的晶体产生的温度依赖性非常相似的声子主导的纵向热导率$κ_{\rm xx}$（$T$），其中自然的解释是，$κ_{\rm xy}$也主要是由声子。在冷却时，$κ_{\rm xx}$在$T \simeq$ 20 K处达到峰值，然后下降直到$T_{\rm N}$，然后它再次突然增加。低于$T_{\rm N}$时的突然增加归因于低能自旋波动引起的声子散射的突然减少…
2021-11-10 cond-mat.str-el
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
Flat and Correlated Plasmon Bands in Graphene/$α$-RuCl${_3}$ Heterostructures
我们发展了石墨烯/ $α$ -RuCl ${_3}$异质结构等离子体激元激发的微观理论。在具有各种相互作用的Kondo-Kitaev模型中，出现了承载平坦带的重费米液体，其中石墨烯的巡回电子与Kitaev量子自旋液体的分馏费米子有效地杂交。我们发现了新的相关等离子体激元带诱导的相互作用的平带和相互作用，并认为我们的理论是一致的石墨烯/ $α$ -RuCl ${_3}$异质结构的现有实验数据。我们预测新的等离激元分支超出了长波长的限制，并讨论在其他平带系统探测相关现象的影响。
2021-06-03 cond-mat.mes-hall 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
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
THz excitations in α-RuCl3: Majorana fermions, rigid-plane shear and compression modes
自旋液体中可能存在涌现准粒子，即自旋自由度的集体激发，具有马约拉纳费米子的特征，实验上可以通过自旋分馏引起的宽激发连续谱检测到。后者是预测Kitaev自旋液体，一个完全可解的模型与键依赖的相互作用的二维蜂窝晶格。在这里，我们报告了详细的太赫兹实验α-RuCl 3，识别这些特征指纹的马约拉纳费米子。随着温度的升高，连续谱强度逐渐减小，最后消失。它与代表范德华键合分子层的特征滑动和压缩模式的声子模式部分重叠。
2019-02-27 cond-mat.str-el
Pseudoscalar U(1) spin liquids in $α$-RuCl$_3$
最近的实验已经报道了由面内磁场驱动的$α$ $_3$的热导率的振荡，其使人联想到金属中的量子振荡。乍一看，这些观测结果与长期以来一直在寻找的自旋费米表面态的存在是一致的。然而，引人注目的是，实验还报告了霍尔热导率的消失与纵向热导率的振荡共存。这种热霍尔效应的不存在一定源于$α$ $_3$的晶体对称性。但是如果系统是一个传统的自旋费米表面态，这些对称性也必然会阻止作用在自旋上的磁场的出现，这与实验中量子振荡的存在完全矛盾。为了调和这些观察，我们引入了一类新的对称性丰富的“赝标量”U（1）自旋液体，其中某些晶体对称性作为自旋子上的粒子-空穴共轭。相关的赝标量自旋费米表面状态允许共存的紧急朗道量子化磁场，同时具有完全为零的霍尔热导率。我们通过构建Gutzwiller投影波函数并描述它们如何自然地表现为U（1）自旋液体，并在自旋的费米部分子表示中实现晶体对称性的独特投影对称群，从而发展了这些状态的一般理论。我们认为，在$α$ -RuCl $_3$中的场诱导量子无序态是从赝标自旋费米表面态下降的，该表面态的特征在于可能位于蜂窝布里渊区的$M$点周围的补偿自旋粒子和自旋空穴口袋。这些点通过一个波矢量连接起来，这个波矢量与锯齿形反铁磁态的出现有关。
2021-06-09 cond-mat.str-el
Oscillations of the thermal conductivity observed in the spin-liquid state of $α$-RuCl$_3$
在被称为自旋液体的材料中，即使在毫开尔文温度下也无法获得磁有序状态，因为每个自旋上的约束相互冲突（例如来自几何或交换挫折）。由此产生的量子自旋液体（QSL）状态是目前的强烈兴趣，因为它表现出新颖的激发以及波函数纠缠。在$\sim$ 7 K以下，层状绝缘体$α$-RuCl $_3$在零磁场下为锯齿形反铁磁体.当平行于Z字形轴a施加磁场$\bf H$时，Z字形顺序被破坏。在磁场间隔（7.3，11）特斯拉内，有越来越多的证据表明存在QSL状态。在这里，我们报告的振荡，其热导率低于4 K的观察。在区间（7.3，11）T内，振荡幅度非常大，在两侧都受到强烈抑制。特殊的是，1/\emph{H}中的振荡是周期性的，类似于金属中的量子振荡，即使$α$-RuCl $_3$是具有1.9 eV的带隙的优异绝缘体。通过将$\bf H$倾斜出平面，我们发现振荡周期由平面内分量$H_a$决定。当温度升高到0.5K以上时，振荡幅度呈指数下降。这种降低与用$\bf H\parallel a$测量的$\sim$ 2 K以上的异常平面霍尔热导率的出现有关。为了排除外部伪影，我们进行了几项测试。振荡的影响进行了讨论。
2021-02-22 cond-mat.str-el
Scattering Continuum and Possible Fractionalized Excitations in $α$-RuCl$_3$
电子关联和自旋轨道耦合的结合被认为在固体中沉淀出各种非常不寻常的电子相，包括拓扑和量子自旋液体状态。我们报告了一个拉曼散射研究，提供了证据的非常规激发$α$ -RuCl $_3$，自旋轨道耦合莫特绝缘体的蜂窝晶格。特别是，我们的测量揭示了不寻常的磁散射，由一个广泛的连续。与磁有序温度相比，该连续体的温度依赖性在大尺度上是明显的，这表明了受抑的磁相互作用。这是通过声子线宽的分析，这表明由于自旋-声子耦合的相关异常证实。这些观察结果与海森堡-基塔耶夫模型的理论预期一致，并表明$α$ -RuCl $_3$可能接近于量子自旋液体基态。
2015-04-20 cond-mat.str-el
Signatures of low-energy fractionalized excitations in $α$-RuCl$_3$ from field-dependent microwave absorption
拓扑有序的物质态一般由具有量子数分解的激发来表征。一个主要的例子是在Kitaev的蜂窝晶格罗盘模型中实现的自旋液体，其中自旋翻转激发分解为马约拉纳费米子和伊辛规范通量。虽然许多化合物已经被提出接近这样的自旋液相，但缺乏明确的证据来证明分数激发。在这里，我们采用微波吸收测量研究的低能量激发在$α$ -RuCl $_3$在很宽的频率范围内，磁场，和温度，特别是覆盖附近的场驱动的量子相变的长程磁序消失。除了传统的带隙磁振子模式之外，我们还发现了一种极不寻常的广泛连续谱特征，即碎裂，最引人注目的是，它延伸到最低锐模以下的能量和显着高于有序温度的温度，并形成了一个非平凡起源的间隙强磁场。我们的结果揭示了$α$ -RuCl $_3$中的分数激发特征，并为更完整地理解Kitaev自旋液体及其不稳定性铺平了道路。
2018-11-09 cond-mat.str-el
Evidence for magnetic fractional excitations in a Kitaev quantum-spin-liquid candidate $α$-RuCl$_3$
$α$ -RuCl $_3$由于其接近Kitaev量子自旋液体（QSL）相和通过调节竞争相互作用接近它的可能性而被广泛研究。在这里，我们提出了第一个极化非弹性中子散射研究$α$ $_3$单晶探索散射连续体周围的$Γ$点的布里渊区中心，这是假设是从Kitaev QSL状态，但没有具体的证据。通过极化分析，我们发现当M点附近的自旋波激发在转变温度$T_{\rm N}$以上消失时，$Γ$点附近的纯磁连续激发对温度是鲁棒的。此外，通过用团簇微扰理论计算自旋-自旋动力学关联函数，我们得到了基于$K$ - $Γ$模型的磁色散谱，其中包含了-7.2 meV的铁磁Kitaev相互作用和5.6 meV的非对角相互作用.我们发现该模型不仅能再现M点附近的自旋波激发谱，而且能再现$Γ$点附近的非自旋波连续磁激发。这些结果提供了在$Γ$点附近存在源于Kitaev QSL态的分数激发的证据，并进一步支持$K$模型作为描述$α$ $_3$的有效最小自旋模型的有效性.
2022-02-11 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Ultrafast Spin Dynamics and Photoinduced Insulator-to-Metal Transition in $α$-$RuCl_3$
本文利用含时密度泛函理论探究了 $α$-$RuCl_3$ 的超快激光诱导动力学，揭示了激光脉冲在几十飞秒内引发超快退磁与非平衡绝缘体-金属相变，且自旋响应依赖于激光波长和偏振，为超快调控二维磁体实现近邻自旋液体相提供了物理见解。
2022-08-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Structure transition and zigzag magnetic order in Ir/Rh-substituted honeycomb lattice RuCl3
本研究通过磁化与中子衍射实验，探究Ir/Rh取代蜂窝晶格α-RuCl₃的结构与磁有序特征，发现其结构转变与锯齿形自旋有序波矢与母体一致，但磁矩与倾斜角降低，为量子自旋液体研究提供了新途径。
2023-10-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Proximate ferromagnetic state in the Kitaev model material $α$-RuCl$_{3}$
$α$ -RuCl $_{3}$是实现Kitaev量子自旋液体的主要候选者，但其在低温下的锯齿形反铁磁序表明偏离Kitaev模型。我们通过共振非弹性X射线散射研究在Ru $L_{3}$吸收边对$α$ -RuCl $_{3}$的自旋哈密顿量进行了定量。在顺磁状态下，磁激发的准弹性强度在区域中心附近具有宽的最大值，而在锯齿形磁布拉格波矢处没有任何局部最大值。这一发现意味着之字形秩序是脆弱的，很容易不稳定的竞争铁磁相关。实验确定的哈密顿量的经典基态实际上是铁磁的。锯齿形状态通过量子“无序有序”机制稳定下来，留下铁磁性--连同Kitaev自旋液体--作为能量上接近的亚稳态。这三个紧密竞争的状态和它们的集体激发是理论上理解磁场中$α$ -RuCl $_{3}$的不寻常性质的关键。
2020-12-21 cond-mat.str-el
Oscillations in the magnetothermal conductivity of $\boldsymbolα$-RuCl$_3$: Evidence of transition anomalies
2D层状绝缘体$α$ $_3$是量子自旋液体状态的候选材料，当磁场抑制低温下存在的反铁磁序时，可以实现该状态。在平面内磁场$B$到临界场$B^{\star}$之间观察到的热导率随场变化的振荡被归因于奇异的电荷中性费米子，被视为反铁磁相结束的临界场$B_{c}$ $\simeq 7$ T和$B^{\star}$之间存在量子自旋液体的证据。在这里，我们报告测量的$α$ -RuCl $_3$的热导率作为施加在两个不同的面内方向（平行和垂直于Ru-Ru键）的磁场的函数，最高可达15 T。我们发现，即使$B_{c}$和$B^{\star}$之间的场间隔不同，在两个场方向上，$B_{c}$和$B^{\star}$之间的振荡次数是相同的。换句话说，振荡的周期由过渡场$B_{c}$和$B^{\star}$控制。我们的结论是，这些不是真正的振荡-来自假定的费米子在自旋液体状态-但异常与一系列的磁过渡。
2023-01-12 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
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
Tunneling spectroscopic signatures of charge doping and associated Mott transition in $α$-RuCl${_3}$ in proximity to graphite
本研究构建$α$-RuCl${_3}$与石墨的异质结，通过扫描隧穿谱观测到界面杂化产生的能隙内态，其作为电荷库实现弱掺杂并引发非传统Mott转变，为研究掺杂$α$-RuCl${_3}$的物理性质提供了新平台。
2023-05-05 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
Dirac and Chiral Quantum Spin Liquids on the Honeycomb Lattice in a Magnetic Field
基于最近对$α$ -RuCl $_3$的实验观察，我们研究了蜂窝晶格上的$K$ - $Γ$模型在外加磁场中的性质.通过从粒子表象和变分蒙特卡罗计算，我们再现了从锯齿形磁序到场致无序相的相变。这种状态的性质主要取决于场的取向。对于蜂窝状平面中的特定场方向，我们发现了一种无隙的狄拉克自旋液体，与最近对$α$ -RuCl $_3$的实验一致。对于一定范围的面外场，我们预测存在Kalmeyer-Laughlin型手性自旋液体，它将表现出整数量子化的热霍尔效应。
2018-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
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
Spin sensitive transport in RuCl_3/Pt heterostructures: revealing a field-transverse spin anisotropy in a spin liquid candidate
WPI Advanced Institute for Materials Research (AIMR) and Center for Science and Innovation in Spintronics (CSIS), Tohoku University（东北大学材料高等研究所（AIMR）与自旋电子学科学与创新中心（CSIS））；Department of Physics and Astronomy and Purdue Quantum Science and Engineering Institute, Purdue University（普渡大学物理与天文学系及普渡量子科学与工程研究所）；Department of Physics, The University of Tokyo（东京大学物理学系）；Institute for Materials Research (IMR), Tohoku University（东北大学材料研究所（IMR））；Materials Science and Technology Division, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室材料与科技分部）；The Quantum Science Center, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室量子科学中心）；Computational Sciences and Engineering Division, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室计算科学与工程分部）；Department of Materials Science and Engineering, University of Tennessee（田纳西大学材料科学与工程系）；Neutron Scattering Division, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室中子散射分部）；School of Electrical and Computer Engineering and Birck Nanotechnology Center, Purdue University（普渡大学电气与计算机工程学院及Birck纳米技术中心）；Institute of Physics and Astronomy and Villum Centers for Dirac Materials and for Hybrid Quantum Materials and Devices, Aarhus University（奥胡斯大学物理与天文学研究所及Villum狄拉克材料与混合量子材料及器件中心）
通过铁磁敏感传输测量揭示a-RuCl3中自旋相关性，发现自旋轴锁定于平面量子化轴，揭示与QSL特征相关的能量尺度。
2026-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Understanding the magnetic interactions of the zig-zag honeycomb lattice: Application to $α$-RuCl$_3$
University of North Florida（北佛罗里达大学）
本研究采用Holstein-Primakoff展开分析锯齿形蜂窝晶格的多种交换相互作用对自旋动力学的影响，结合$α$-RuCl₃的实验数据验证了Heisenberg模型的主导作用，还发现阻挫系统中存在方向依赖的Dirac节点。
2023-12-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Majorana-fermion origin of the planar thermal Hall effect in the Kitaev magnet $α$-RuCl$_3$
通过低温比热和热霍尔测量，发现$\alpha$-RuCl$_3$中平面热霍尔效应源于马约拉纳费米子的拓扑转变，而非玻色子磁振子。
2023-05-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Neutron spectroscopy evidence for a possible magnetic-field-induced gapless quantum-spin-liquid phase in a Kitaev material $α$-RuCl$_3$
$α$ -RuCl $_3$作为Kitaev量子自旋液体（QSL）最有希望的候选化合物之一，受到了广泛的关注。然而，它的基态表现出长距离锯齿形磁序，这违背了QSL阶段。然而，磁序是脆弱的，可以通过施加外部磁场完全抑制。在这里，我们探索的$α$ -RuCl $_3$的磁激发下的面内磁场的演变，进行非弹性中子散射测量高品质的单晶。在零场条件下，在$M$点附近存在自旋波激发，在$\mitΓ$点附近存在连续谱，它们分别与Kitaev QSL态的锯齿磁序和分数激发有关.通过增加磁场，自旋波激发逐渐让位于连续激发。在临界场$μ_0H_{\rm c}=7.5$ T的边缘，前者消失，只剩下后者，表明出现了纯QSL态。通过进一步增加场强，$\mitΓ$点附近的激发变得更强。通过跟踪$\mitΓ$点附近激发态的能隙演化，我们建立了一个由三个有趣相组成的相图，包括低场的能隙锯齿序相、$μ_0H_{\rm c}$附近的可能无能隙QSL相和高场的能隙部分极化相.这些结果表明，面内磁场可以驱动$α$ $_3$进入临界场附近的长期寻求的QSL状态。
2022-04-10 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Unveiling Magnetic Interactions of Ruthenium Trichloride via Constraining Direction of Orbital moments: Potential Routes to Realize Quantum Spin Liquid
最近的实验表明，蜂窝状钌-α-RuCl_3是Kitaev量子自旋液体（QSL）的主要候选者。然而，由于对它的磁相互作用缺乏充分的了解，目前还没有一个理论模型可以正确地描述它的实验动力学响应。在这里，我们提出了一个通用的方案来计算系统中的磁相互作用（例如，通过限制轨道矩的方向，具有不可忽略的轨道矩。在此基础上，我们提出了α-RuCl 3的最小J1-K1-Γ1-J3-K3模型，并发现：（I）第三近邻反铁磁海森堡相互作用J3稳定了锯齿形反铁磁序;（II）第三近邻反铁磁海森堡对称非对角交换Γ1在决定磁矩的择优方向和产生自旋波隙方面起着关键作用.对该模型的精确对角化研究表明，抑制NN对称非对角交换作用Γ1和第三个NN Heisenberg相互作用J3可以实现Kitaev QSL.因此，我们不仅为研究Jeff=1/2磁体的磁性提出了一个强有力的一般方案，而且为在蜂窝状钌-α-RuCl 3中实现Kitaev QSL指出了未来的发展方向.
2016-12-02 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
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
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
Field-induced phase transitions in the Kitaev-Heisenberg model: A sign-problem-free quantum Monte Carlo study and possible application to $α$-RuCl3
本文用无符号量子蒙特卡洛模拟研究z向磁场下蜂窝晶格KH模型，证明零温下锯齿磁有序相直接转变为自旋极化相，不存在中间QSL相。
2025-01-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
