Rad u Nature Physics: RVB stanje u piroklorima

Znanstvenik s Fizičkog odsjeka Antonio Štrkalj je u suradnji s istraživačima sa Sveučilišta Cambridge (UK), Sveučilišta Oxford (UK), Sveučilišta Warwick (UK) te Sveučilišta Tennessee (SAD) objavio rad pod naslovom “A resonant valence bond spin liquid in the dilute limit of doped frustrated Mott insulators” u časopisu Nature Physics.

Prije više od 50 godina, P. W. Anderson, inspiriran Paulingovim opisom molekule benzena pomoću rezonirajućih valentnih veza (eng. RVB), uveo je ideju RVB kvantne tekućine kao dio teorijskog okvira za opisivanje egzotičnih kvantnih stanja magnetskih sustava. Ta ideja govori da elektroni mogu tvoriti spinske singlete koji rezoniraju između različitih konfiguracija, čime su dovedeni u pitanje tradicionalni pogledi na stacionarni magnetski red i otvoren je put proučavanju kvantnih spinskih tekućina i drugih egzotičnih faza.

Unatoč njegovoj važnosti, teorijsko predviđanje realizacije Andersonovog RVB stanja u realnim materijalima dugo je izostajalo. Ovo istraživanje po prvi puta pokazuje da se RVB spinska tekućina, koja posjeduje karakteristično svojstvo poznato kao razdvajanje spina i naboja, pojavljuje kao osnovno stanje u realističnom Hubbardovom modelu s jakim interakcijama. Ključna za nastanak rezonantnog stanja je, dosad zanemarivana, kinetička frustracija šupljinskih preskoka. Kombiniranjem analitičkog računa i rigorozne numeričke analize, u radu je sugerirano da materijali poput piroklorskih iridata predstavljaju idealnu platformu za opažanje ovog dugo traženog kvantnog stanja.

Slika prikazuje jedno od eksponencijalno mnogo degeneriranih stanja šupljine i spinskih singleta sa označenom efektivnom fazom koju singleti nameću šupljini. U donjem desnom kutu pokazan je eksperimentalno uzgojeni kristal piroklora Y₂Ir₂O₇.

Publikacija

C. Glittum, A. Štrkalj, D. Prabhakaran, P. Goddard, C. Batista, and C. Castelnovo, “A resonant valence bond spin liquid in the dilute limit of doped frustrated Mott insulators”, Nature Physics (2025)

https://www.nature.com/articles/s41567-025-02923-8