Suppr超能文献

接近量子自旋液体的石墨烯异质结构中的反常量子振荡

Anomalous Quantum Oscillations in a Heterostructure of Graphene on a Proximate Quantum Spin Liquid.

作者信息

Leeb V, Polyudov K, Mashhadi S, Biswas S, Valentí Roser, Burghard M, Knolle J

机构信息

Department of Physics TQM, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, D-85748 Garching, Germany.

Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Heisenbergstrasse 1, D-70569 Stuttgart, Germany.

出版信息

Phys Rev Lett. 2021 Mar 5;126(9):097201. doi: 10.1103/PhysRevLett.126.097201.

Abstract

The quasi-two-dimensional Mott insulator α-RuCl_{3} is proximate to the sought-after Kitaev quantum spin liquid (QSL). In a layer of α-RuCl_{3} on graphene, the dominant Kitaev exchange is further enhanced by strain. Recently, quantum oscillation (QO) measurements of such α-RuCl_{3} and graphene heterostructures showed an anomalous temperature dependence beyond the standard Lifshitz-Kosevich (LK) description. Here, we develop a theory of anomalous QO in an effective Kitaev-Kondo lattice model in which the itinerant electrons of the graphene layer interact with the correlated magnetic layer via spin interactions. At low temperatures, a heavy Fermi liquid emerges such that the neutral Majorana fermion excitations of the Kitaev QSL acquire charge by hybridizing with the graphene Dirac band. Using ab initio calculations to determine the parameters of our low-energy model, we provide a microscopic theory of anomalous QOs with a non-LK temperature dependence consistent with our measurements. We show how remnants of fractionalized spin excitations can give rise to characteristic signatures in QO experiments.

摘要

准二维莫特绝缘体α-RuCl₃接近人们所追求的基塔耶夫量子自旋液体(QSL)。在石墨烯上的一层α-RuCl₃中,主要的基塔耶夫交换作用会因应变而进一步增强。最近,对这种α-RuCl₃与石墨烯异质结构的量子振荡(QO)测量显示出一种超出标准里夫希茨-科瑟维奇(LK)描述的反常温度依赖性。在此,我们在一个有效的基塔耶夫-近藤晶格模型中发展了一种反常QO理论,其中石墨烯层的巡游电子通过自旋相互作用与相关磁层相互作用。在低温下,会出现一种重费米液体,使得基塔耶夫QSL的中性马约拉纳费米子激发通过与石墨烯狄拉克能带杂化而获得电荷。利用从头算计算来确定我们低能模型的参数,我们提供了一种反常QO的微观理论,其具有与我们的测量结果一致的非LK温度依赖性。我们展示了分数化自旋激发的残余如何在QO实验中产生特征信号。

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