近日，我系/应用表面物理国家重点实验室李世燕教授课题组与华中科技大学田召明副教授合作，利用极低温热输运手段首次系统研究了处在量子临界点上的金属自旋液体候选材料Pr₂Ir₂O₇中的电子和磁激发性质，发现了巨大的各向同性磁热导。相关研究了论文以“Giant isotropic magneto-thermal conductivity of metallic spin liquid candidate Pr₂Ir₂O₇ with quantum criticality”为题，于2021年1月12日在线发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上。李世燕教授和田召明副教授为共同通讯作者，我系博士生倪佳敏为第一作者。

Pr₂Ir₂O₇是一个处在量子临界点上的自旋液体候选材料，Pr的4f磁矩构成烧绿石结构。与普通自旋液体材料不同的是，Ir的5d电子是传导电子，并且在没有磁化的情况下可以产生反常霍尔效应。阻挫的磁性结构和巡游的传导电子的结合使Pr₂Ir₂O₇的基态被多种相互作用所控制，引起了人们广泛的研究兴趣。但仍然有两个重要的问题有待解决：处在量子临界点上的电子是否仍然是朗道准粒子，以及烧绿石结构所承载的奇异磁激发是否存在？

李世燕课题组通过极低温热导率实验系统研究了这两个问题，发现Pr₂Ir₂O₇满足Wiedemann-Franz定律，排除了朗道准粒子被破坏的可能性，为其量子临界点的理论描述施加了很强的约束。Pr₂Ir₂O₇的热导率随着磁场的增加在特定温度以上迅速增加，呈现巨大的磁热导效应，说明热导率中不存在磁单极子等奇异磁激发的正的贡献，并且声子被磁性系统剧烈散射。不同于各向异性的比热结果，当改变磁场方向时，热导率并不随之改变，呈现各向同性，进一步证明了体系中不存在磁激发的热导率贡献。更为重要的是，各向同性的磁热导说明Pr₂Ir₂O₇中有区别于伊辛偶极矩涨落的横向涨落，提示四极矩导致的量子涨落可能在该体系中起重要作用。这些结果为确定该新奇材料的真正基态提供了帮助。

图（a）磁场平行于[111]方向时Pr₂Ir₂O₇的0 T和5 T时的热导率结果，实线是对5 T数据的拟合，虚线是Wiedemann-Franz定律满足时电子项预期；（b）磁场平行于[111]方向和垂直于[111]方向热导率结果的比较。

该项目受到了国家自然科学基金委、科技部、和上海市科委的资助。