復旦大學李世燕課題組在金屬自旋液體候選材料Pr2Ir2O7中發現巨大的各向同性磁熱導(圖文)

發布者：眺望科技                     發布日期：2021-03-04

近日，我系/應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田召明副教授合作，利用極低溫熱輸運手段首次系統研究了處在量子臨界點上的金屬自旋液體候選材料Pr2Ir2O7中的電子和磁激發性質，發現了巨大的各向同性磁熱導。相關研究了論文以“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磁矩構成燒綠石結構。與普通自旋液體材料不同的是，Ir的5d電子是傳導電子，并且在沒有磁化的情況下可以產生反常霍爾效應。阻挫的磁性結構和巡游的傳導電子的結合使Pr2Ir2O7的基態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粒子，以及燒綠石結構所承載的奇異磁激發是否存在？

 

李世燕課題組通過極低溫熱導率實驗系統研究了這兩個問題，發現Pr2Ir2O7滿足Wiedemann-Franz定律，排除了朗道準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的約束。Pr2Ir2O7的熱導率隨著磁場的增加在特定溫度以上迅速增加，呈現巨大的磁熱導效應，說明熱導率中不存在磁單極子等奇異磁激發的正的貢獻，并且聲子被磁性系統劇烈散射。不同于各向異性的比熱結果，當改變磁場方向時，熱導率并不隨之改變，呈現各向同性，進一步證明了體系中不存在磁激發的熱導率貢獻。更為重要的是，各向同性的磁熱導說明Pr2Ir2O7中有區別于伊辛偶極矩漲落的橫向漲落，提示四極矩導致的量子漲落可能在該體系中起重要作用。這些結果為確定該新奇材料的真正基態提供了幫助。

 

圖（a）磁場平行于[111]方向時Pr2Ir2O7的0 T和5 T時的熱導率結果，實線是對5 T數據的擬合，虛線是Wiedemann-Franz定律滿足時電子項預期；（b）磁場平行于[111]方向和垂直于[111]方向熱導率結果的比較。

  

該項目受到了國家自然科學基金委、科技部和上海市科委的資助。