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Magnetic anisotropy reversal driven by structural symmetry-breaking in monolayer α-RuCl3

  • Layered {\alpha}-RuCl3 is a promising material to potentially realize the long-sought Kitaev quantum spin liquid with fractionalized excitations. While evidence of this exotic state has been reported under a modest in-plane magnetic field, such behavior is largely inconsistent with theoretical expectations of Kitaev phases emerging only in out-of-plane fields. These predicted field-induced states have been mostly out of reach due to the strong easy-plane anisotropy of bulk crystals, however. We use a combination of tunneling spectroscopy, magnetotransport, electron diffraction, and ab initio calculations to study the layer-dependent magnons, anisotropy, structure, and exchange coupling in atomically thin samples. Due to structural distortions, the sign of the average off-diagonal exchange changes in monolayer {\alpha}-RuCl3, leading to a reversal of magnetic anisotropy to easy-axis. Our work provides a new avenue to tune the magnetic interactions in {\alpha}-RuCl3 and allows theoretically predicted quantum spin liquid phases for out-of-plane fields to be more experimentally accessible.

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Verfasserangaben:Bowen YangORCiD, Yin Min GohORCiD, Suk Hyun SungORCiD, Gaihua Ye, Sananda BiswasORCiD, David A. S. KaibORCiD, Ramesh DhakalORCiD, Shaohua YanORCiD, Chenghe Li, Shengwei JiangORCiD, Fangchu Chen, Hechang LeiORCiD, Rui HeORCiD, Roser ValentíORCiDGND, Stephen M. WinterORCiD, Robert HovdenORCiD, Adam W. TsenORCiD
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-824562
URL:https://arxiv.org/abs/2210.05733v1
DOI:https://doi.org/10.48550/arXiv.2210.05733
ArXiv-Id:http://arxiv.org/abs/2210.05733v1
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):arXiv
Verlag:arXiv
Dokumentart:Preprint
Sprache:Englisch
Datum der Veröffentlichung (online):11.10.2022
Datum der Erstveröffentlichung:11.10.2022
Veröffentlichende Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Datum der Freischaltung:19.02.2024
Ausgabe / Heft:2210.05733 Version 1
Auflage:Version 1
Seitenzahl:23
HeBIS-PPN:516154877
Institute:Physik / Physik
DDC-Klassifikation:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Sammlungen:Universitätspublikationen
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International