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最近，国际知名期刊Nature Communications以“Field-induced quantum spin disordered state in spin-1/2 honeycomb magnet Na₂Co₂TeO₆”为题发表了上海交通大学物理与天文学院马杰课题组同中科院物理所万源研究员合作的最新成果。

具有显著自旋-轨道耦合特性的磁性材料，由于具备承载新奇量子相的潜力，近年来已成为研究量子磁性的一个新领域。一个突出的例子是Kitaev模型，这是一个以拓扑量子自旋液体基态为特征的精确可解自旋模型。微观上，这种模型可以从具有竞争的自旋各向异性交换相互作用的磁性绝缘体中产生。实现Kitaev QSL的基本前提是（a）磁性离子具有自旋轨道纠缠、Kramers简并基态；（b）它们排列在合适的晶格上，二维蜂窝晶格是最简单的例子。到目前为止，对Kitaev模型研究主要集中在4d/5d基过渡元素体系，因为它们具有相对较强的自旋-轨道耦合，这些包括H₃LiIr₂O₆、α-Li₂IrO₃、α-Na₂IrO₃和α-RuCl₃。

图 1：Na₂Co₂TeO₆的温度-磁场相图

最近，理论研究表明，Kitaev物理也可以在3d过渡金属Co基蜂窝状磁性材料中找到。基于该理论预言，马杰课题组以有着蜂窝状结构的Co基氧化物Na₂Co₂TeO₆作为研究对象，结合比热，磁化率，电子自旋共振以及非弹性中子散射对其量子磁性进行了研究。他们在7.5 T < B（垂直于b轴且在ab面内）< 10.5 T的外加磁场范围内发现了磁场诱导自旋无序态，还模拟了INS光谱，初步提取了交换相互作用。作为一种在有效自旋1/2蜂窝状晶格上具有场致无序状态的3d磁性材料，Na₂Co₂TeO₆将Kitaev模型扩展到3d化合物，进一步促进了对量子磁性材料中自旋轨道效应的兴趣。

物理与天文学院博士后林高庭为本工作第一作者，上海交通大学马杰特别研究员和中科院物理所万源研究员为通讯作者。这一工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委重点项目、中国博士后科学基金资助项目，强磁场科学中心大科学装置平台，日本散裂中子源等的资助和支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-25567-7