Quantum spin ice response to a magnetic field in the dipole-octupole pyrochlore <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Ce</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Zr</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
Notice bibliographique
Résumé
The pyrochlore magnet ${\mathrm{Ce}}_{2}{\mathrm{Zr}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$ has attracted much attention as a quantum spin ice candidate whose novelty derives in part from the dipolar-octupolar nature of the ${\mathrm{Ce}}^{3+}$ pseudospin-1/2 degrees of freedom it possesses. We report heat capacity measurements on single crystal samples of ${\mathrm{Ce}}_{2}{\mathrm{Zr}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$ down to $T\ensuremath{\sim}0.1\phantom{\rule{4pt}{0ex}}\mathrm{K}$ in a magnetic field along the $[1,\overline{1},0]$ direction. These measurements show that the broad hump in the zero-field heat capacity moves higher in temperature with increasing field strength and is split into two separate humps by the $[1,\overline{1},0]$ magnetic field at $\ensuremath{\sim}2\phantom{\rule{0.28em}{0ex}}\mathrm{T}$. These separate features are due to the decomposition of the pyrochlore lattice into effectively decoupled chains for fields in this direction: One set of chains ($\ensuremath{\alpha}$ chains) is polarized by the field while the other ($\ensuremath{\beta}$ chains) remains free. This situation is similar to that observed in the classical spin ices ${\mathrm{Ho}}_{2}{\mathrm{Ti}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$ and ${\mathrm{Dy}}_{2}{\mathrm{Ti}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$, but with the twist that here the strong transverse exchange interactions produce substantial quantum effects. Our theoretical modeling suggests that the $\ensuremath{\beta}$ chains are close to a critical state, with nearly-gapless excitations. We also report elastic and inelastic neutron scattering measurements on single crystal ${\mathrm{Ce}}_{2}{\mathrm{Zr}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$ in $[1,\overline{1},0]$ and $[0,0,1]$ magnetic fields at temperatures down to $T=0.03\phantom{\rule{0.28em}{0ex}}\mathrm{K}$. The elastic scattering behaves consistently with the formation of independent chains for a $[1,\overline{1},0]$ field, while the $[0,0,1]$ field produces a single field-induced elastic magnetic Bragg peak at $(0,2,0)$ and equivalent wavevectors, indicating a polarized spin ice state for fields above $\ensuremath{\sim}3\phantom{\rule{4pt}{0ex}}\mathrm{T}$. For both $[1,\overline{1},0]$ and $[0,0,1]$ magnetic fields, our inelastic neutron scattering results show an approximately-dispersionless continuum of scattering that increases in both energy and intensity with increasing field strength. By modeling the complete set of experimental data using numerical linked cluster and semiclassical molecular dynamics calculations, we demonstrate the dominantly multipolar nature of the exchange interactions in ${\mathrm{Ce}}_{2}{\mathrm{Zr}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$ and the smallness of the parameter $\ensuremath{\theta}$, which controls the mixing between dipolar and octupolar degrees of freedom. These results support previous estimates of the microscopic exchange parameters and place strong constraints on the theoretical description of this prominent spin ice candidate.
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,005 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,003 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,006 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,005 |
| Études des sciences et des technologies | 0,003 | 0,003 |
| Communication savante | 0,003 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,007 | 0,006 |
| Intégrité de la recherche | 0,003 | 0,005 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,425 | 0,015 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; les deux têtes enseignantes s’accordent sur ce qui est montré ici.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».