Thermodynamics and heat transport in the quantum spin liquid candidates NaYbS2 and NaYbSe2

热力学 物理 数学物理 化学
作者
N. Li,Ming Xie,Q. Huang,Zhiwen Zhuo,Zheng Zhang,Eun Sang Choi,Yiyan Wang,Hui Liang,Yongqi Sun,Dandan Wu,Q. J. Li,Haidong Zhou,Gang Chen,Xinguo Zhao,Q. M. Zhang,X. F. Sun
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:110 (22) 被引量:2
标识
DOI:10.1103/physrevb.110.224414
摘要

We study the ultralow-temperature thermodynamics and thermal conductivity ($\kappa$) of the single-crystal rare-earth chalcogenides NaYbS$_2$ and NaYbSe$_2$, which have an ideal triangular lattice of the Yb$^{3+}$ ions and have been proposed to be quantum spin liquid candidates. The magnetic specific heat divided by temperature $C_{\rm{mag}}/T$ is nearly constant at $T <$ 200 mK, which is indeed the indication of the gapless magnetic excitations with a constant density of states. However, we observe a vanishingly small residual term $\kappa_0/T$, which points to the absence of mobile fermionic excitations in these materials. Both the weak temperature dependence of $\kappa$ and the strong magnetic-field dependence of $\kappa$ suggest the significant scattering between the spinons and phonons, which actually supports the existence of gapless or tiny-gapped quantum spin liquid. Moreover, the $\kappa(B)/\kappa(0)$ isotherms show a series of field-induced magnetic transitions for $B \parallel a$, confirming the easy-plane anisotropy, which is consistent with the results of ac magnetic susceptibility. We expect our results to inspire further interests in the understanding of the spinon-phonon coupling in the spin liquid systems.
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