Muon spin spectroscopy study of the frustrated Heisenberg-Kitaev system K2IrCl6

I sistemi magnetici frustrati con forte accoppiamento spin-orbita affascinano da tempo i ricercatori nel campo della fisica della materia condensata per la loro capacità di ospitare fasi quantistiche non convenzionali, come quella di quantum spin liquid. Tra i diversi candidati emersi, il composto di Heisenberg-Kitaev K2IrCl6 si è rivelato un interessante oggetto di studio. Sul suo reticolo cubico a facce centrate, le interazioni di scambio anisotrope emergono per via dello pseudospin 𝑗eff = 1/2 degli ioni Ir4+. La competizione tra queste interazioni dà origine a un comportamento magnetico non ancora completamente compreso. In questa tesi investigliamo le proprietà magnetiche di questo composto policristallino mediante spettroscopia muonica (μSR) nell’intervallo 1.73 K ≤ 𝑇 ≤ 10.00 K. L’obiettivo è caratterizzare la transizione di fase magnetica con un’analisi congiunta nei domini del tempo e delle frequenze, basata su modelli fenomenologici supportati da considerazioni teoriche. Abbiamo osservato l’insorgere di un ordinamento magnetico a lungo raggio alla temperatura di Néel 𝑇𝑁 = 4.687(8) K, significativamente più alta di quella riportata in letteratura. Il volume magnetico evidenzia un’ampia regione di transizione, indicativa di forte frustrazione. Il tasso di rilassamento longitudinale presenta un massimo in prossimità della transizione, segno di un rallentamento critico della dinamica degli spin, mentre il suo valore finito a basse temperature suggerisce che tale dinamica persista nella fase ordinata. L’analisi in frequenza ha permesso di determinare la distribuzione dei campi magnetici associando ciascun picco a un sito d’arresto del muone; la soppressione graduale dei campi è in buon accordo con i risultati nel dominio temporale. Pur con le limitazioni dei modelli fenomenologici adottati, i risultati sostengono l’ipotesi di un comportamento magnetico non convenzionale e confermano l’efficacia della μSR come tecnica di indagine locale.