We present an overview of selected copper-based quasi-2D square-lattice spin-1/2 materials with an easy-plane anisotropy, providing the possibility to study emergent Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) correlations. In particular, in those materials with a comparatively small exchange coupling, the effective XY anisotropy of the low-temperature spin correlations can be controlled by an applied magnetic field, yielding a systematic evolution of the BKT correlations. In cases where the residual interlayer correlations are small enough, dynamical BKT correlations in the critical regime may be observed experimentally, whereas the completion of the genuine BKT transition is preempted by the onset of long-range order.
REFERENCES
1.
J. M.
Kosterlitz
and D. J.
Thouless
, J. Phys. C
6
, 1181
(1973
). 2.
J. M.
Kosterlitz
, J. Phys. C
7
, 1046
(1974
). 3.
4.
5.
L.
Capriotti
, A.
Cuccoli
, V.
Tognetti
, R.
Vaia
, and P.
Verrucchi
, Physica D
119
, 68
(1998
). 6.
B.-G.
Liu
, Phys. Rev. B
41
, 9563
(1990
). 7.
N.
Majlis
, S.
Selzer
, and G. C.
Strinati
, Phys. Rev. B
45
, 7872
(1992
). 8.
N.
Majlis
, S.
Selzer
, and G. C.
Strinati
, Phys. Rev. B
48
, 957
(1993
). 9.
L.
Siurakshina
, D.
Ihle
, and R.
Hayn
, Phys. Rev. B
61
, 14601
(2000
). 10.
H.-Q.
Ding
, Phys. Rev. Lett.
68
, 1927
(1992
). 11.
H.-Q.
Ding
, J. Phys.: Condens. Matter
2
, 7979
(1990
). 12.
A.
Cuccoli
, T.
Roscilde
, R.
Vaia
, and P.
Verrucchi
, Phys. Rev. Lett.
90
, 167205
(2003
). 13.
M.
Greven
, R. J.
Birgeneau
, Y.
Endoh
, M. A.
Kastner
, B.
Keimer
, M.
Matsuda
, G.
Shirane
, and T. R.
Thurston
, Phys. Rev. Lett.
72
, 1096
(1994
). 14.
B. J.
Suh
, F.
Borsa
, L. L.
Miller
, D. C.
Johnston
, D. R.
Torgeson
, and M.
Corti
, J. Appl. Phys.
79
, 5084
(1996
). 15.
B. J.
Suh
, F.
Borsa
, L. L.
Miller
, M.
Corti
, D. C.
Johnston
, and D. R.
Torgeson
, Phys. Rev. Lett.
75
, 2212
(1995
). 16.
D.
Waibel
, G.
Fischer
, T.
Wolf
, H. v.
Löhneysen
, and B.
Pilawa
, Phys. Rev. B
91
, 214412
(2015
). 17.
E. S.
Klyushina
, J.
Reuther
, L.
Weber
, A. T. M. N.
Islam
, J. S.
Lord
, B.
Klemke
, M.
Månsson
, S.
Wessel
, and B.
Lake
, Phys. Rev. B
104
, 064402
(2021
). 18.
N.
Caci
, L.
Weber
, and S.
Wessel
, Phys. Rev. B
104
, 155139
(2021
). 19.
P.
Carretta
, M.
Filibian
, R.
Nath
, C.
Geibel
, and P. J. C.
King
, Phys. Rev. B
79
, 224432
(2009
). 20.
D. P.
Landau
and K.
Binder
, Phys. Rev. B
24
, 1391
(1981
). 21.
A.
Cuccoli
, T.
Roscilde
, R.
Vaia
, and P.
Verrucchi
, Phys. Rev. B
68
, 060402(R)
(2003
). 22.
W. J. M.
de Jonge
, J. P. A. M.
Hijmans
, F.
Boersma
, J. C.
Schouten
, and K.
Kopinga
, Phys. Rev. B
17
, 2922
(1978
). 23.
L. J.
de Jongh
and H. J. M.
de Groot
, Solid State Commun.
53
, 731
(1985
). 24.
Y.
Kohama
, M.
Jaime
, O. E.
Ayala-Valenzuela
, R. D.
McDonald
, E. D.
Mun
, J. F.
Corbey
, and J. L.
Manson
, Phys. Rev. B
84
, 184402
(2011
). 25.
Magnetic Properties of Layered Transition Metal Compounds
, edited by L. J.
de Jongh
(Springer
, Netherlands
, 1990
).26.
A.
Iaizzi
, H. D.
Scammell
, O. P.
Sushkov
, and A. W.
Sandvik
, Phys. Rev. B
101
, 104412
(2020
). 27.
N. D.
Mermin
and H.
Wagner
, Phys. Rev. Lett.
17
, 1133
(1966
). 28.
A. W.
Sandvik
, Phys. Rev. Lett.
80
, 5196
(1998
). 29.
C.
Yasuda
, S.
Todo
, K.
Hukushima
, F.
Alet
, M.
Keller
, M.
Troyer
, and H.
Takayama
, Phys. Rev. Lett.
94
, 217201
(2005
). 30.
A.
Cuccoli
, T.
Roscilde
, V.
Tognetti
, R.
Vaia
, and P.
Verrucchi
, Phys. Rev. B
67
, 104414
(2003
). 31.
D.
Opherden
, N.
Nizar
, K.
Richardson
, J. C.
Monroe
, M. M.
Turnbull
, M.
Polson
, S.
Vela
, W. J. A.
Blackmore
, P. A.
Goddard
, J.
Singleton
, E. S.
Choi
, F.
Xiao
, R. C.
Williams
, T.
Lancaster
, F. L.
Pratt
, S. J.
Blundell
, Y.
Skourski
, M.
Uhlarz
, A. N.
Ponomaryov
, S. A.
Zvyagin
, J.
Wosnitza
, M.
Baenitz
, I.
Heinmaa
, R.
Stern
, H.
Kühne
, and C. P.
Landee
, Phys. Rev. B
102
, 064431
(2020
). 32.
F. M.
Woodward
, P. J.
Gibson
, G. B.
Jameson
, C. P.
Landee
, M. M.
Turnbull
, and R. D.
Willett
, Inorg. Chem.
46
, 4256
(2007
). 33.
P. A.
Goddard
, J.
Singleton
, P.
Sengupta
, R. D.
McDonald
, T.
Lancaster
, S. J.
Blundell
, F. L.
Pratt
, S.
Cox
, N.
Harrison
, J. L.
Manson
, H. I.
Southerland
, and J. A.
Schlueter
, New J. Phys.
10
, 083025
(2008
). 34.
F.
Xiao
, F. M.
Woodward
, C. P.
Landee
, M. M.
Turnbull
, C.
Mielke
, N.
Harrison
, T.
Lancaster
, S. J.
Blundell
, P. J.
Baker
, P.
Babkevich
, and F. L.
Pratt
, Phys. Rev. B
79
, 134412
(2009
). 35.
J. L.
Manson
, K. H.
Stone
, H. I.
Southerland
, T.
Lancaster
, A. J.
Steele
, S. J.
Blundell
, F. L.
Pratt
, P. J.
Baker
, R. D.
McDonald
, P.
Sengupta
, J.
Singleton
, P. A.
Goddard
, C.
Lee
, M.-H.
Whangbo
, M. M.
Warter
, C. H.
Mielke
, and P. W.
Stephens
, J. Am. Chem. Soc.
131
, 4590
(2009
). 36.
E.
Čižmár
, S. A.
Zvyagin
, R.
Beyer
, M.
Uhlarz
, M.
Ozerov
, Y.
Skourski
, J. L.
Manson
, J. A.
Schlueter
, and J.
Wosnitza
, Phys. Rev. B
81
, 064422
(2010
). 37.
A. J.
Steele
, T.
Lancaster
, S. J.
Blundell
, P. J.
Baker
, F. L.
Pratt
, C.
Baines
, M. M.
Conner
, H. I.
Southerland
, J. L.
Manson
, and J. A.
Schlueter
, Phys. Rev. B
84
, 064412
(2011
). 38.
P. A.
Goddard
, J. L.
Manson
, J.
Singleton
, I.
Franke
, T.
Lancaster
, A. J.
Steele
, S. J.
Blundell
, C.
Baines
, F. L.
Pratt
, R. D.
McDonald
, O. E.
Ayala-Valenzuela
, J. F.
Corbey
, H. I.
Southerland
, P.
Sengupta
, and J. A.
Schlueter
, Phys. Rev. Lett.
108
, 077208
(2012
). 39.
P. A.
Goddard
, J.
Singleton
, I.
Franke
, J. S.
Möller
, T.
Lancaster
, A. J.
Steele
, C. V.
Topping
, S. J.
Blundell
, F. L.
Pratt
, C.
Baines
, J.
Bendix
, R. D.
McDonald
, J.
Brambleby
, M. R.
Lees
, S. H.
Lapidus
, P. W.
Stephens
, B. W.
Twamley
, M. M.
Conner
, K.
Funk
, J. F.
Corbey
, H. E.
Tran
, J. A.
Schlueter
, and J. L.
Manson
, Phys. Rev. B
93
, 094430
(2016
). 40.
T.
Thio
, T. R.
Thurston
, N. W.
Preyer
, P. J.
Picone
, M. A.
Kastner
, H. P.
Jenssen
, D. R.
Gabbe
, C. Y.
Chen
, R. J.
Birgeneau
, and A.
Aharony
, Phys. Rev. B
38
, 905
(1988
). 41.
N. S.
Headings
, S. M.
Hayden
, R.
Coldea
, and T. G.
Perring
, Phys. Rev. Lett.
105
, 247001
(2010
). 42.
V.
Selmani
, C. P.
Landee
, M. M.
Turnbull
, J. L.
Wikaira
, and F.
Xiao
, Inorg. Chem. Commun.
13
, 1399
(2010
). 43.
M. S.
Haddad
, D. N.
Hendrickson
, J. P.
Cannady
, R. S.
Drago
, and D. S.
Bieksza
, J. Am. Chem. Soc.
101
, 898
(1979
). 44.
H. W.
Richardson
, J. R.
Wasson
, and W. E.
Hatfield
, Inorg. Chem.
16
, 484
(1977
). 45.
J.
Darriet
, M. S.
Haddad
, E. N.
Duesler
, and D. N.
Hendrickson
, Inorg. Chem.
18
, 2679
(1979
). 46.
S.
Vela
, J.
Jornet-Somoza
, M. M.
Turnbull
, R.
Feyerherm
, J. J.
Novoa
, and M.
Deumal
, Inorg. Chem.
52
, 12923
(2013
). 47.
P.
Sengupta
, C. D.
Batista
, R. D.
McDonald
, S.
Cox
, J.
Singleton
, L.
Huang
, T. P.
Papageorgiou
, O.
Ignatchik
, T.
Herrmannsdörfer
, J. L.
Manson
, J. A.
Schlueter
, K. A.
Funk
, and J.
Wosnitza
, Phys. Rev. B
79
, 060409(R)
(2009
). 48.
N. A.
Fortune
, S. T.
Hannahs
, C. P.
Landee
, M. M.
Turnbull
, and F.
Xiao
, J. Phys. Conf. Ser.
568
, 042004
(2014
). 49.
M.
Greven
, R. J.
Birgeneau
, Y.
Endoh
, M. A.
Kastner
, B.
Keimer
, M.
Matsuda
, G.
Shirane
, and T. R.
Thurston
, Physica B
199
, 642
(1994
). 50.
D.
Vaknin
, S. K.
Sinha
, C.
Stassis
, L. L.
Miller
, and D. C.
Johnston
, Phys. Rev. B
41
, 1926
(1990
). 51.
J.
Igarashi
, J. Phys.: Condens. Matter
4
, 10265
(1992
). 52.
D.
Opherden
, F.
Bärtl
, S.
Yamamoto
, Z. T.
Zhang
, S.
Luther
, S.
Molatta
, J.
Wosnitza
, M.
Baenitz
, I.
Heinmaa
, R.
Stern
, C. P.
Landee
, and H.
Kühne
, Phys. Rev. B
103
, 014428
(2021
). 53.
D.
Opherden
, M. S. J.
Tepaske
, F.
Bärtl
, M.
Weber
, M. M.
Turnbull
, T.
Lancaster
, S. J.
Blundell
, M.
Baenitz
, J.
Wosnitza
, C. P.
Landee
, R.
Moessner
, D. J.
Luitz
, and H.
Kühne
, Phys. Rev. Lett.
130
, 086704
(2023
). 54.
P.
Sengupta
, A. W.
Sandvik
, and R. R. P.
Singh
, Phys. Rev. B
68
, 094423
(2003
). 55.
D.
Vaknin
, L. L.
Miller
, J. L.
Zarestky
, and D. C.
Johnston
, Physica C
274
, 331
(1997
). 56.
M.
Matsuura
, K.
Gilijamse
, J. E. W.
Sterkenburg
, and D. J.
Breed
, Phys. Lett. A
33
, 363
(1970
). 57.
M. E.
Lines
, J. Appl. Phys.
40
, 1352
(1969
). 58.
Y.
Okwamoto
, J. Phys. Soc. Jpn.
53
, 2434
(1984
). 59.
H.-Q.
Ding
and M. S.
Makivić
, Phys. Rev. B
42
, 6827
(1990
). 60.
K.
Yosida
, Theory of Magnetism
(Springer-Verlag, Berlin
, Heidelberg
, 1996
).61.
J.
Als-Nielsen
, S. T.
Bramwell
, M. T.
Hutchings
, G. J.
McIntyre
, and D.
Visser
, J. Phys.: Condens. Matter
5
, 7871
(1993
). 62.
S. T.
Bramwell
and P. C. W.
Holdsworth
, J. Phys.: Condens. Matter
5
, L53
(1993
). 63.
S. T.
Bramwell
and P. C. W.
Holdsworth
, Phys. Rev. B
49
, 8811
(1994
). 64.
A.
Taroni
, S. T.
Bramwell
, and P. C. W.
Holdsworth
, J. Phys.: Condens. Matter
20
, 275233
(2008
). 65.
M.
Troyer
, M.
Imada
, and K.
Ueda
, J. Phys. Soc. Jpn.
66
, 2957
(1997
). 66.
S. V.
Isakov
and R.
Moessner
, Phys. Rev. B
68
, 104409
(2003
). 67.
F.
Borsa
, M.
Corti
, T.
Goto
, A.
Rigamonti
, D. C.
Johnston
, and F. C.
Chou
, Phys. Rev. B
45
, 5756
(1992
). 68.
F.
Tabak
, A.
Lascialfari
, and A.
Rigamonti
, J. Phys.: Condens. Matter
5
, B31
(1993
). 69.
L.
Bossoni
, P.
Carretta
, R.
Nath
, M.
Moscardini
, M.
Baenitz
, and C.
Geibel
, Phys. Rev. B
83
, 014412
(2011
). 70.
P.
Gaveau
, J. P.
Boucher
, L. P.
Regnault
, and Y.
Henry
, J. Appl. Phys.
69
, 6228
(1991
). 71.
P. C.
Hohenberg
and B. I.
Halperin
, Rev. Mod. Phys.
49
, 435
(1977
). 72.
H.-Q.
Ding
and M. S.
Makivić
, Phys. Rev. Lett.
64
, 1449
(1990
). 73.
J.-K.
Kim
and M.
Troyer
, Phys. Rev. Lett.
80
, 2705
(1998
). 74.
M.
Troyer
, “Universality in two-dimensional quantum Heisenberg antiferromagnets
,” in Open Problems in Strongly Correlated Electron Systems
, edited by J. Bonča, P. Prelovšek, A. Ramšak, and S. Sarkar (NATO Science Series, Springer
, Dordrecht
, 2001
), Vol. 15.75.
P.
Hasenfratz
and F.
Niedermayer
, Phys. Lett. B
268
, 231
(1991
). © 2023 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2023
Author(s)
You do not currently have access to this content.
