Kitaev exchange and field-induced quantum spin-liquid states in honeycomb α-RuCl3

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Ravi Yadav - , Professur für Festkörpertheorie (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Nikolay A. Bogdanov - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Autor:in)
  • Vamshi M. Katukuri - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Autor:in)
  • Satoshi Nishimoto - , Professur für Experimentelle Festkörperphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Jeroen Van Den Brink - , Professur für Festkörpertheorie (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Harvard University (Autor:in)
  • Liviu Hozoi - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)

Abstract

Large anisotropic exchange in 5d and 4d oxides and halides open the door to new types of magnetic ground states and excitations, inconceivable a decade ago. A prominent case is the Kitaev spin liquid, host of remarkable properties such as protection of quantum information and the emergence of Majorana fermions. Here we discuss the promise for spin-liquid behavior in the 4d5 honeycomb halide α-RuCl3. From advanced electronic-structure calculations, we find that the Kitaev interaction is ferromagnetic, as in 5d5 iridium honeycomb oxides, and indeed defines the largest superexchange energy scale. A ferromagnetic Kitaev coupling is also supported by a detailed analysis of the field-dependent magnetization. Using exact diagonalization and density-matrix renormalization group techniques for extended Kitaev-Heisenberg spin Hamiltonians, we find indications for a transition from zigzag order to a gapped spin liquid when applying magnetic field. Our results offer a unified picture on recent magnetic and spectroscopic measurements on this material and open new perspectives on the prospect of realizing quantum spin liquids in d 5 halides and oxides in general.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer37925
FachzeitschriftScientific reports
Jahrgang6
PublikationsstatusVeröffentlicht - 30 Nov. 2016
Peer-Review-StatusJa

Schlagworte

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