Atacamite Cu2Cl (OH)3 in High Magnetic Fields: Quantum Criticality and Dimensional Reduction of a Sawtooth-Chain Compound

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • L. Heinze - , Technische Universität Braunschweig, Forschungszentrum Jülich (Autor:in)
  • T. Kotte - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) (Autor:in)
  • R. Rausch - , Technische Universität Braunschweig (Autor:in)
  • A. Demuer - , Université Grenoble Alpes (Autor:in)
  • S. Luther - , Professur für Physik in hohen Magnetfeldern (gB/HZDR), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) (Autor:in)
  • R. Feyerherm - , Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) (Autor:in)
  • E. L.Q.N. Ammerlaan - , Radboud University Nijmegen (Autor:in)
  • U. Zeitler - , Radboud University Nijmegen (Autor:in)
  • D. I. Gorbunov - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) (Autor:in)
  • M. Uhlarz - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) (Autor:in)
  • K. C. Rule - , Australian Nuclear Science and Technology Organisation (Autor:in)
  • A. U.B. Wolter - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • H. Kühne - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) (Autor:in)
  • J. Wosnitza - , Exzellenzcluster ct.qmat: Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien, Professur für Physik in hohen Magnetfeldern (gB/HZDR), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) (Autor:in)
  • C. Karrasch - , Technische Universität Braunschweig (Autor:in)
  • S. Süllow - , Technische Universität Braunschweig (Autor:in)

Abstract

We report an extensive high-field study of atacamite Cu2Cl(OH)3, a material realization of quantum sawtooth chains with weak interchain couplings, in continuous and pulsed magnetic fields up to 58 T. In particular, we have mapped the entropy landscape for fields as high as 35 T and have identified a field-induced quantum critical point at 21.9(1) T for Hc axis. The quantum critical point separates field regions with and without magnetic order, evidenced by our thermodynamic study and H1 nuclear magnetic resonance spectroscopy, but lies far below full saturation of the magnetization. Corroborated by numerical results using density-matrix renormalization group calculations, we find this behavior associated with a dimensional reduction of the spin system: The sawtooth chain effectively decouples into an antiferromagnetic spin-1/2 chain (backbone of the sawtooth chain) in the presence of an exchange field produced by the remaining field-polarized spins.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer216701
Seitenumfang6
FachzeitschriftPhysical review letters
Jahrgang134 (2025)
Ausgabenummer21
PublikationsstatusVeröffentlicht - 27 Mai 2025
Peer-Review-StatusJa

Schlagworte

ASJC Scopus Sachgebiete