Martin Månsson, B. Grenier, S. Petit, Shintaro Takayoshi, Virginie Simonet, Ch. Rüegg, L. P. Regnault, Stéphane Raymond, Quentin Faure, P. Lejay, Thierry Giamarchi, Thomas Lorenz, Martin Boehm, Benjamin Canals, Jonathan S. White, Shunsuke C. Furuya, Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), University of Geneva [Switzerland], Laboratoire Léon Brillouin (LLB - UMR 12), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, LLB - Nouvelles frontières dans les matériaux quantiques (NFMQ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, Magnétisme et Supraconductivité (MagSup ), Institut Néel (NEEL), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Institut Laue-Langevin (ILL), ILL, Paul Scherrer Institute (PSI), Royal Institute of Technology [Stockholm] (KTH ), Cristaux Massifs (CrisMass), Théorie de la Matière Condensée (TMC ), Universität zu Köln, Condensed Matter Theory Laboratory, RIKEN - Institute of Physical and Chemical Research [Japon] (RIKEN), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Grenoble Alpes (UGA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Université de Genève = University of Geneva (UNIGE), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Magnétisme et Supraconductivité (NEEL - MagSup), Croissance Cristalline et MicroAnalyse (NEEL - C2MA), Théorie de la Matière Condensée (NEEL - TMC), Universität zu Köln = University of Cologne, Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Since the seminal ideas of Berezinskii, Kosterlitz and Thouless, topological excitations are at the heart of our understanding of a whole novel class of phase transitions. In most of the cases, those transitions are controlled by a single type of topological objects. There are however some situations, still poorly understood, where two dual topological excitations fight to control the phase diagram and the transition. Finding experimental realization of such cases is thus of considerable interest. We show here that this situation occurs in BaCo$_2$V$_2$O$_8$, a spin-1/2 Ising-like quasi-one dimensional antiferromagnet when subjected to a uniform magnetic field transverse to the Ising axis. Using neutron scattering experiments, we measure a drastic modification of the quantum excitations beyond a critical value of the magnetic field. This quantum phase transition is identified, through a comparison with theoretical calculations, to be a transition between two different types of solitonic topological objects, which are captured by different components of the dynamical structure factor., 9 pages, 4 figures; 10 additional pages of supplemental information containing 6 figures