Pr2Ir2O7是一个处在量子临界点上的自旋液体候选材料,Pr的4f磁矩构成烧绿石结构。与普通自旋液体材料不同的是,Ir的5d电子是传导电子,并且在没有磁化的情况下可以产生反常霍尔效应。阻挫的磁性结构和巡游的传导电子的结合使Pr2Ir2O7的基态被多种相互作用所控制,引起了人们广泛的研究兴趣。但仍然有两个重要的问题有待解决:处在量子临界点上的电子是否仍然是朗道准粒子,以及烧绿石结构所承载的奇异磁激发是否存在?
李世燕课题组通过极低温热导率实验系统研究了这两个问题,发现Pr2Ir2O7满足Wiedemann-Franz定律,排除了朗道准粒子被破坏的可能性,为其量子临界点的理论描述施加了很强的约束。Pr2Ir2O7的热导率随着磁场的增加在特定温度以上迅速增加,呈现巨大的磁热导效应,说明热导率中不存在磁单极子等奇异磁激发的正的贡献,并且声子被磁性系统剧烈散射。不同于各向异性的比热结果,当改变磁场方向时,热导率并不随之改变,呈现各向同性,进一步证明了体系中不存在磁激发的热导率贡献。更为重要的是,各向同性的磁热导说明Pr2Ir2O7中有区别于伊辛偶极矩涨落的横向涨落,提示四极矩导致的量子涨落可能在该体系中起重要作用。这些结果为确定该新奇材料的真正基态提供了帮助。
图(a)磁场平行于[111]方向时Pr2Ir2O7的0 T和5 T时的热导率结果,实线是对5 T数据的拟合,虚线是Wiedemann-Franz定律满足时电子项预期;(b)磁场平行于[111]方向和垂直于[111]方向热导率结果的比较。
该项目受到了国家自然科学基金委、科技部、和上海市科委的资助。