Spin excitation continuum to topological magnon crossover and thermal Hall conductivity in Kitaev magnets
Notice bibliographique
Résumé
There has been great interest in identifying a Kitaev quantum spin liquid state in frustrated magnets with bond-dependent interactions. In particular, the experimental report of a half-quantized thermal Hall conductivity in $\ensuremath{\alpha}\text{\ensuremath{-}}{\mathrm{RuCl}}_{3}$ in the presence of a magnetic field has generated excitement as it could be strong evidence for a field-induced chiral spin liquid. More recent experiments, however, provide a conflicting interpretation advocating for topological magnons in the field-polarized state as the origin of the nonquantized thermal Hall conductivity observed in their experiments. An inherent difficulty in distinguishing between the two scenarios is that the phase transition between a putative two-dimensional spin liquid and the field-polarized state exists only at zero temperature, while the behavior at finite temperature is mostly crossover phenomena. In this work, we provide insights into the finite-temperature crossover behavior between the spin excitation continuum in a quantum spin liquid and topological magnons in the field-polarized state in three different theoretical models with large Kitaev interactions. These models allow for a field-induced phase transition from a spin liquid (or an intermediate field-induced spin liquid) to the field-polarized state in the quantum model. We obtain the dynamical spin structure factor as a function of magnetic field using molecular dynamics simulations and compute thermal Hall conductivity in the field-polarized regime. We demonstrate the gradual evolution of the dynamical spin structure factor exhibiting crossover behavior near magnetic fields where zero-temperature phase transitions occur in the quantum model. We also examine nonlinear effects on topological magnons and the validity of thermal Hall conductivity computed using linear spin wave theory. We discuss the implications of our results for existing and future experiments.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,001 |
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