In this dissertation, we address the hidden phases that are proximate to quantum spin liquids (QSL). QSLs are quantum mechanically disordered phases of matter in magnetic materials, and have been of a great interest as exotic phases whose paradigm lies beyond the Landau’s symmetry breaking theory. In particular, the understanding of QSL characters, such as topological order, quantum number fractionalization, and emergent gauge structure, as well as the experimental detection of quantum entanglement in the ground state wave function, are important issues in condensed matter physics. We have investigated how to control the emergent gauge in pyrochlore U(1) QSL and searched new exotic phases, e.g. by applying external fields. The QSL phases discovered in this process turn out to exhibit unique properties such as topological heat transport, multipolar order, or structural domain patterns.
본 학위 논문에서는 양자스핀액으로부터 발현할 수 있는 숨겨진 상들을 다루었다. 양자스핀액은 자성체에서 양자 역학적으로 무질서화된 물질상으로, 기존의 대칭성으로 상을 이해하는 란다우의 대칭성 붕괴 이론의 범주를 벗어난 이국적인 상으로 관심 받아왔다. 특히 위상학적 질서, 양자수 분수, 게이지 구조 발현과 같은 양자스핀액의 성질에 대한 이해와 함께, 바닥 상태의 파동 함수에 내재된 양자 얽힘의 실험적 검출은 응집물질물리학에서 중요한 문제로 다루어지고 있다. 우리는 외부 장을 거는 방법 등을 통해, 파이로클로 U(1) 양자스핀액의 게이지 장을 제어하고 나아가 새롭게 발현하는 이국적 상을 조사하였다. 이 과정에서 찾아낸 새로운 스핀액 상들은 위상학적 열 수송, 다극성 질서, 또는 구조적 영역 무늬와 같은 성질들을 가진다는 사실이 확인되었다.
