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Signatures of Spinon Dynamics and Phase Structure of Dipolar-Octupolar Quantum Spin Ices in Two-Dimensional Coherent Spectroscopy
Physical Review Letters ( IF 8.1 ) Pub Date : 2024-11-27 , DOI: 10.1103/physrevlett.133.226701 Mark Potts, Roderich Moessner, Owen Benton
Physical Review Letters ( IF 8.1 ) Pub Date : 2024-11-27 , DOI: 10.1103/physrevlett.133.226701 Mark Potts, Roderich Moessner, Owen Benton
We study how sharp signatures of fractionalization emerge in nonlinear spectroscopy experiments on spin liquids with separated energy scales. Our model is that of dipolar-octupolar rare earth pyrochlore materials, prime candidates for realizing quantum spin ice. This family of three-dimensional quantum spin liquids exhibits fractionalization of spin degrees of freedom into spinons charged under an emergent U(1) gauge field. We show that the technique of two-dimensional coherent spectroscopy can identify clear signatures of fractionalized spinon dynamics in dipolar-octupolar quantum spin ices. However, at intermediate temperatures, spinon dynamics are heavily constrained in the presence of an incoherent spin background, leading to a two-dimensional coherent spectroscopy response. At lower temperatures, a sharp signal emerges as the system enters a coherent spin liquid state. This lower temperature signal can in turn distinguish between zero-flux and π -flux forms of quantum spin ice. Published by the American Physical Society 2024
中文翻译:
二维相干光谱中偶极-八极量子自旋冰的自旋动力学特征和相位结构
我们研究了在具有分离能尺度的自旋液体的非线性光谱实验中如何出现分馏的尖锐特征。我们的模型是偶极-八极稀土焦绿石材料的模型,是实现量子自旋冰的主要候选材料。这一系列三维量子自旋液体表现出自旋自由度的分数化为在涌现的 U(1) 规范场下带电的自旋子。我们表明,二维相干光谱技术可以识别偶极-八极量子自旋冰中分馏自旋动力学的清晰特征。然而,在中等温度下,在存在非相干自旋背景的情况下,自旋动力学受到严重限制,导致二维相干光谱响应。在较低温度下,当系统进入相干自旋液态时,会出现尖锐的信号。这种较低温度的信号反过来可以区分量子自旋冰的零通量和π通量形式。 美国物理学会 2024 年出版
更新日期:2024-11-27
中文翻译:
二维相干光谱中偶极-八极量子自旋冰的自旋动力学特征和相位结构
我们研究了在具有分离能尺度的自旋液体的非线性光谱实验中如何出现分馏的尖锐特征。我们的模型是偶极-八极稀土焦绿石材料的模型,是实现量子自旋冰的主要候选材料。这一系列三维量子自旋液体表现出自旋自由度的分数化为在涌现的 U(1) 规范场下带电的自旋子。我们表明,二维相干光谱技术可以识别偶极-八极量子自旋冰中分馏自旋动力学的清晰特征。然而,在中等温度下,在存在非相干自旋背景的情况下,自旋动力学受到严重限制,导致二维相干光谱响应。在较低温度下,当系统进入相干自旋液态时,会出现尖锐的信号。这种较低温度的信号反过来可以区分量子自旋冰的零通量和π通量形式。 美国物理学会 2024 年出版