An emerging concept for identification of different types of spin liquids [C. Broholm et al. , Science 367 , eaay0668 (2020)] is through the use of spontaneous spin noise [S. Chatterjee, J. F. Rodriguez-Nieva, E. Demler, Phys. Rev. B 99 , 104425 (2019)]. Here, we develop spin noise spectroscopy for spin liquid studies by considering Ca 10 Cr 7 O 28 , a material hypothesized to be either a quantum or a spiral spin liquid (SSL). By enhancing techniques introduced for magnetic monopole noise studies [R. Dusad et al. , Nature 571 , 234–239 (2019)], we measure the time and temperature dependence of spontaneous flux Φ ( t , T ) and thus magnetization M ( t , T ) of Ca 10 Cr 7 O 28 samples. The resulting power spectral density of magnetization noise S M ω , T reveals intense spin fluctuations with S M ω , T ∝ ω - α ( T ) and 0.84 < α T < 1.04 . Both the variance σ M 2 T and the correlation function C M t , T of this spin noise undergo crossovers at a temperature T ∗ ≈ 450 mK . While predictions for quantum spin liquids are inconsistent with this phenomenology, those from Monte–Carlo simulations of a two-dimensional (2D) SSL state in Ca 10 Cr 7 O 28 yield overall quantitative correspondence with the measured frequency and temperature dependences of S M ω , T , C M t , T , and σ M 2 T , thus indicating that Ca 10 Cr 7 O 28 is an SSL.

中文翻译：

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 螺旋旋转液体噪声


识别不同类型自旋液体的一个新兴概念 [C. Broholm et al. ， Science 367 ， eaay0668 （2020）] 是使用自发自旋噪声 [S. Chatterjee， J. F. Rodriguez-Nieva， E. Demler， Phys. Rev. B 99 ， 104425 （2019）]。在这里，我们通过考虑 Ca 10 Cr 7 O 28 开发了用于自旋液体研究的自旋噪声光谱，这是一种假设为量子或螺旋自旋液体 （SSL） 的材料。通过增强为磁单极子噪声研究引入的技术 [R. Dusad et al. ， Nature 571 ， 234–239 （2019）]，我们测量了自发磁通量 Φ （ t ， T ） 的时间和温度依赖性，从而测量了 Ca 10 Cr 7 O 28 样品的磁化 M （ t ， T ）。磁化噪声 S M ω ， T 的功率谱密度揭示了 S M ω、T ∝ ω - α （ T ） 和 0.84 < α T < 1.04 的强烈自旋波动。该自旋噪声的方差σ M 2 T 和相关函数 C M t ， T 在温度 T ∗ ≈ 450 mK 时发生交越。虽然对量子自旋液体的预测与这种现象学不一致，但来自 Ca 10 Cr 7 O 28 中二维 （2D） SSL 状态的蒙特卡洛模拟的预测与 S M ω 、 T 、 C M t 、 T 和 σ M 2 T 的测量频率和温度依赖性产生了总体定量对应，从而表明 Ca 10 Cr 7 O 28 是 SSL。