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,並且在沒〒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遊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,並且聲子被磁性系統劇烈散射。不同於各向異性的比熱結果,當改變磁場方向時,熱導率並不隨之改變,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⊙區別於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)磁場平行於[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)磁場平行於[111]方向和垂直於[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。