Forschung: Zwei-Peak-Wärmekapazität erfasst die vollständige Rln(2)-Entropie im dipol-oktopolarem Pyrochlor Ce2Hf2O7

Diese Studie untersucht das dipol-oktopolare Pyrochlor Ce₂Hf₂O₇, einen vielversprechenden Kandidaten für die Realisierung einer Quantenspinflüssigkeit. Mit Messungen der spezifischen Wärmekapazität bis hinunter zu 0,02 K stellt sie einen bedeutenden technischen Fortschritt dar. Die Messung zeigt zwei deutliche Auffälligkeiten: eine breite Schottky Anomalie bei etwa 0,065 K, die auch in verwandten Materialien auftritt, sowie eine schärfere Anomalie bei rund 0,025 K. Integration der gemessenen Daten erfasst die vollständige Rln(2)-Entropie des Ce³⁺-Pseudospin, was darauf hindeutet dass die Anomalie bei 0,025 K den Übergang in den Grundzustand realisiert. Inelastische Neutronenstreuung an Pulver- und Einkristallproben, kombiniert mit theoretischer Modellierung mittels numerischer Clusterentwicklungen und Quanten-Monte-Carlo-Simulationen, sind konsistent mit der Existenz einer π-Flux-Quantenspinflüssigkeit. Die Ergebnisse erschließen erstmals experimentell den Grundzustandsbereich der dipol-oktopolaren Pyrochlorfamilie und ebnen so den Weg für zukünftige Experimente zur eindeutigen Klärung der Natur ihrer Grundzustände.

E. M. Smith, A. Fitterman, R. Schäfer, B. Placke, A. Woods, S. Lee, S. H.-Y. Huang, J. Beare, S. Sharma, D. Chatterjee, C. Balz, M. B. Stone, A. I. Kolesnikov, A. R. Wildes, E. Kermarrec, G. M. Luke, O. Benton, R. Moessner, R. Movshovich, A. D. Bianchi, B. D. Gaulin,
Two-Peak Heat Capacity Accounts for 𝑅⁢ln⁡(2) Entropy and Ground State Access in the Dipole-Octupole Pyrochlore Ce₂⁢Hf₂⁢O₇,
Phys. Rev. Lett. 135, 086702 (2025) (arXiv)