自旋向列相是经典液晶的磁性类似物,是同时具有液体和固体特性的第四种物质状态 1,2 。特别有趣的是价键自旋向列相 3-5 ,其中自旋量子纠缠形成多极序而不会破坏时间反演对称性,但其明确的实验实现仍然难以实现。在这里,我们在方晶格铱酸盐 Sr 2 IrO 4 中建立了自旋向列相,其在强自旋轨道耦合极限下近似实现伪自旋二分之一海森堡反铁磁体 6-9 。冷却后,在 TC ≈ 263 K 时转变为自旋向列相,其特点是从拉曼光谱中提取的静态自旋四极子磁化率发生发散,并伴随与旋转对称性自发破缺相关的集体模式的出现。四极序在 TN ≈ 230 K 以下的反铁磁相中持续存在,并通过共振 X 射线衍射与反铁磁序的干涉而直接观察到,这使我们能够唯一地确定其空间结构。此外,我们发现利用共振非弹性 X 射线散射在短波长尺度上完全破坏了相干磁振子激发,这表明反铁磁态中存在多体量子纠缠 10,11 。总之,我们的结果揭示了 Néel 反铁磁体背后的量子序,人们普遍认为它与高温超导机制密切相关 12,13 。
主要关键词