Insulating spinel materials, with the chemical formula $AB_2X_4$, behave as diamond lattice antiferromagnets when only the A-site atom is magnetic. Many exhibit classic signatures of frustration, induced not geometrically but by competing first and second neighbor exchange interactions. In this paper, we further develop a theory of the magnetism of these materials, focusing on the physics observable within the ordered state. We derive a phenomenological Landau theory that predicts the orientation of the spins within incommensurate spiral ordered states. It also describes how the spins reorient in a magnetic field, and how they may undergo a low temperature "lock-in" transition to a commensurate state. We discuss microscopic mechanisms for these magnetic anisotropy effects. The reduction of the ordered moment by quantum fluctuations is shown to be enhanced due to frustration. Our results are compared to experiments on MnSc_2S_4, the best characterized of such A-site spinels, and more general implications are discussed. One prediction is that magnetically-induced ferroelectricity is generic in these materials, and a detailed description of the relation of the electric polarization to the magnetism is given.
Linear magnetoelectric effect as a signature of long-range collinear antiferromagnetic ordering in the frustrated spinel CoAl2O4
A位阻挫磁性尖晶石CoAl_2 O_4的基态是共线反铁磁有序态还是螺旋自旋液态一直是一个有争议的问题，因为两种竞争相互作用的比值J_2/J_1位于这两种基态的边界附近。本文通过对磁电效应的研究和蒙特卡罗模拟，讨论了不同Co2+/Al 3+位序的CoAl 2 O 4的磁基态.低位序CoAl 2 O 4在磁有序温度以下表现出线性磁电效应。随着无序度的增加，磁电效应被抑制，并且具有14%无序度的样品表现出没有磁电效应的自旋玻璃行为。蒙特卡罗模拟支持了实验结果，并表明位序无序抑制了长程反铁磁有序并诱导了自旋玻璃态。由于线性磁电效应需要长程磁有序，我们认为低位无序的CoAl_2 O_4的基态是共线反铁磁体。
Cation-ordered A$'_{1/2}$A$''_{1/2}$B$_2$X$_4$ magnetic spinels as magnetoelectrics
结果表明，在APDMATHABMO A $''_{1/2}$ B $_2$ X $_4$磁性尖晶石中，$'$和$''$阳离子的1：1有序排列导致了磁电性能的出现.磁感应电极化的可能值计算使用最近提出的微观模型，它考虑到自旋相关的电偶极矩的磁性离子位于非中心对称的晶体位置。我们建立了阳离子有序尖晶石中磁相变的唯象模型，描述了B阳离子自旋的铁磁和反铁磁有序模式，并计算了各自的磁电响应。我们发现有序尖晶石的磁电系数在铁磁相变或弱铁磁相变时出现发散。
Magnetic and Structural Properties of A-Site Ordered Chromium Spinel Sulfides: Alternating Antiferromagnetic and Ferromagnetic Interactions in the Breathing Pyrochlore Lattice
Spin Frustration and Orbital Order in Vanadium Spinels
本文介绍了钒尖晶石氧化物$A$ V $_2$ O $_4$（$A$ = Zn、Mg或Cd）中的几何阻挫效应和自旋与轨道自由度之间的相互作用的理论研究结果。在强关联极限下引入一个有效的自旋-轨道-晶格耦合模型，并对该模型进行蒙特卡罗模拟，提出了一个轨道有序相的约化自旋哈密顿量，以捕捉反铁磁有序的稳定机制.轨道序通过在自旋交换相互作用中引入空间各向异性大大降低了自旋阻挫，约化自旋模型可以看作是弱耦合的一维反铁磁链.通过有限尺寸标度分析得到的临界指数表明，磁跃迁属于三维海森堡普适类。平均场能级中剩余的挫折通过热涨落来减少，以稳定共线有序。
Exchange constants and spin waves of the orbital ordered, non-collinear spinel MnV$_2$O$_4$
本文利用磁力理论和密度泛函理论的局域自旋密度近似，结合Hubbard相互作用U的修正，研究了MnV $_2$ O $_4$的交换常数.我们得到了尖晶石中钒原子三种不同轨道排列的交换。然后，我们将交换常数映射到具有单离子各向异性的海森堡模型，并求解尖晶石的非共线低温相的自旋波激发。单离子各向异性参数是由原子多重态精确对角化程序计算得到的，考虑了晶体场分裂和自旋轨道耦合的影响。我们发现我们的轨道有序设置与以前报道的实验自旋波中子散射确定的自旋波之间的良好协议。因此，我们可以从文献中存在的各种建议中确定正确的轨道顺序。
Breathing Pyrochlore Lattice Realized in A-Site Ordered Spinel Oxides LiGaCr4O8 and LiInCr4O8
在两种A位有序尖晶石氧化物LiGaCr 4 O 8和LiInCr 4 O 8中发现了一种独特的阻挫晶格。由于Li+和Ga 3 +/In 3+离子在A位处的大尺寸失配，由携带自旋3/2的Cr 3+离子组成的烧绿石晶格变成小四面体和大四面体的交替阵列，即，“呼吸”烧绿石晶格。我们引入了一个参数，呼吸因子Bf，它量化了烧绿石晶格中的挫折程度：Bf被定义为J '/J，其中J'和J是最近邻的磁相互作用在大，小四面体，分别。具有Bf ~ 0.6的LiGaCr 4 O 8显示出与常规Cr尖晶石氧化物如ZnCr 2 O 4类似的磁化率。与此相反，LiInCr 4 O 8与一个小的Bf ~ 0.1的磁化率表现出自旋带隙的行为，表明接近一个奇特的单重基态。磁长程序发生在13.8和15.9 K的LiGaCr 4 O 8和LiInCr 4 O 8，分别，在这两种情况下可能是由于耦合到结构扭曲。
Electronic States and Possible Origin of the Orbital-Glass State in a Nearly Metallic Spinel Cobalt Vanadate: An X-ray Magnetic Circular Dichroism Study
我们用X射线吸收光谱（XAS）、X射线磁性圆二色性（XMCD）和随后的组态相互作用团簇模型计算研究了轨道玻璃态（短程轨道有序）尖晶石钒酸盐Co $_{1.21}$ V $_{1.79}$ O $_{4}$的轨道状态。从的XMCD谱的符号，它被发现，自旋磁矩的Co离子是平行于所施加的磁场和V离子的反平行于它，与中子散射研究一致。结果表明，在八面体位置的过量的钴离子采取三价低自旋状态，并诱导一个随机电位的V亚晶格。V离子的轨道磁矩虽然有限，但很小，这表明有序轨道主要由实数轨道组成。
我们研究了钒尖晶石氧化物AV $_2$ O $_4$（A=Zn，Mg，Cd）中的磁激发：第一个是钒S=1自旋的超交换模型，第二个包括自旋轨道耦合和晶体各向异性。我们表明，实验观察到的磁有序可以在两个模型中获得，但轨道顺序是不同的自旋轨道耦合和晶体各向异性。我们表明，这种差异强烈影响的自旋波激发谱以上的磁有序状态，并认为，这种分散的中子测量是一种方法来区分AV $_2$ O $_4$中的两种可能的轨道排序。
Orbital ordering and one-dimensional magnetic correlation in vanadium spinel oxides AV2O4 (A = Zn, Mg, or Cd)
我们提出了我们的理论结果的两个转变机制的钒尖晶石氧化物$A$ V $_2$ O $_4$（$A$ =Zn，Mg，或Cd），其中磁性V阳离子构成的几何阻挫烧绿石结构。在多轨道哈伯德模型的强关联极限下，导出了一个有效的自旋-轨道-晶格耦合模型，并对该模型进行了蒙特卡罗模拟。结果表明，高温相变为层状反铁磁型轨道有序并伴有四重态Jahn-Teller畸变，低温相变为反铁磁自旋有序.轨道序部分地提升了磁阻挫，并在磁交换相互作用中引起空间各向异性。在中间相，该系统可以被认为是由弱耦合的反铁磁链躺在垂直于四重态畸变的平面。
Epitaxial stabilization of thin films of the frustrated Ge-based spinels
受抑磁体可以承载许多奇异的多体量子和拓扑现象。GeNi $_2$ O $_4$是三维$S=1$阻挫磁体，具有到二维反铁磁基态的不寻常的两阶段转变，而GeCu $_2$ O $_4$是高压相，具有强烈的四方形细长尖晶石结构和由$S=1/2$ CuO $_2$线性链形成的磁晶格，具有阻挫交换相互作用和奇异磁性行为。在这里，我们报告这两种化合物的第一个薄膜外延稳定。采用原位反射高能电子衍射、原子力显微镜、X射线反射率、X射线衍射、X射线光电子能谱学和共振X射线吸收谱等测试手段对薄膜的生长模式、表面形貌、晶体结构和铜的价态进行了表征。我们的研究结果为全面研究这些化合物令人困惑的磁性和探索由应变驱动的新的新兴特征铺平了另一条道路。
Orbital and magnetic transitions in geometrically-frustrated vanadium spinels -- Monte Carlo study of an effective spin-orbital-lattice coupled model --
我们提出了我们的理论和数值计算结果的热力学性质和微观机制的两个连续的转变钒尖晶石氧化物$A$ V $_2$ O $_4$（$A$ =Zn，Mg，或Cd）的Monte Carlo计算得到的有效自旋轨道晶格模型在强关联极限。在烧绿石晶格结构的V阳离子的几何挫折抑制自旋和轨道相关的发展，但是，我们发现，该模型在低温下表现出两个转变。第一，不连续的过渡发生与轨道排序的四重Jahn-Teller失真的帮助。轨道顺序减少了自旋交换相互作用的挫折，并诱导反铁磁相关的一维链躺在垂直平面的四重畸变。其次，在较低温度下，一维反铁磁链之间的第三近邻相互作用稳定了三维反铁磁有序。热涨落是通过有序-无序机制稳定共线磁态的关键。结果很好地再现了实验数据，如转变温度，磁化率的温度依赖性，在转变的熵的变化，以及在低温下的磁有序结构。用线性自旋波理论研究了零温下的量子涨落效应。发现在基态的交错矩从饱和值显著降低，并合理地与实验数据相吻合。
Multiple lattice instabilities resolved by magnetic-field and disorder sensitivities in cubic paramagnetic phase of the orbital-degenerate frustrated spinel MgV$_2$O$_4$
超声波速度测量的轨道简并沮丧尖晶石MgV $_2$ O $_4$中进行的高纯度的单晶，表现出连续的结构和反铁磁相变，并在无序引入的单晶，表现出自旋玻璃样的行为。测量结果表明，两种类型的不寻常的温度依赖性的弹性模量共存的立方顺磁相，这是解决了磁场和无序的敏感性：巨大的居里型软化与温度降低，和凹的温度依赖性的特征最小值。这些弹性异常表明晶格的耦合共存的轨道涨落和轨道自旋耦合激发。
Magnetic order in Tb$_2$Sn$_2$O$_7$ under high pressure: from ordered spin ice to spin liquid and antiferromagnetic order
本文用中子衍射方法研究了Tb $_2$ Sn $_2$ O $_7$阻挫磁体在4.6 GPa各向同性压力和0.3 GPa单轴压力下，温度范围为0.06 K $<$ T $<$ 100 K。磁性秩序下的压力，但有序的自旋冰结构稳定在低于1.3 K的环境压力部分转化为反铁磁的。在0.06 K下的长程有序矩在压力下减少，这是由压力引起的自旋液体波动的增强解释。在有序转变之上，短程自旋关联受到压力的影响，铁磁关联被抑制。考虑各向同性效应和应力效应，讨论了压力对基态的影响。
Probing low temperature non-equilibrium magnetic state in Co$_{2.75}$Fe$_{0.25}$O$_{4+δ}$ spinel oxide using dc magnetization, ac susceptibility and neutron diffraction experiments
利用同步辐射X射线衍射（SXRD）、直流磁化、交流磁化率、中子衍射和中子退极化等技术研究了Co $_{2.75}$ Fe $_{0.25}$ O $_4$铁氧体的低温晶格结构和磁性。通过在高碱性介质中化学共沉淀Fe和Co硝酸盐溶液，然后在200- 900 $^\circ$ C温度范围内热退火沉淀物来制备样品。室温下SXRD图谱的Rietveld精修表明，在200-600 $^\circ$ ℃温度下退火的样品具有两相立方尖晶石结构。在700 $^\circ$ C和900 $^\circ$ C（CF 90）退火的样品最适合单相晶格结构。在5-300 K温度范围内的中子衍射图的精细化证实了在600 $^\circ$ C下退火的样品的反铁磁（AFM）Co $_3$ O $_4$和亚铁磁（AFM）Co $_{2.75}$ Fe $_{0.25}$ O $_4$相以及CF 90样品的Co $_{2.75}$ Fe $_{0.25}$ O $_4$的单相。磁性测量显示出非平衡磁性结构，由高温FIM相和低温AFM相组成。磁性相对磁场敏感，其中高温相通过增强低温AFM相而在较高磁场下被抑制，而与样品的退火温度无关。
Evidence for orthorhombic distortions in the ordered state of ZnCr$_2$O$_4$: A magnetic resonance study
我们提出了一个详细的电子自旋共振研究的低能量动力学和磁化在有序相的磁阻挫尖晶石ZnCr $_2$ O $_4$。我们观察到几个共振模式对应于不同的结构域，并发现域的数量可以很容易地减少场冷却的样品通过过渡点。为了描述所观察到的反铁磁共振光谱，有必要考虑到正交晶格畸变除了早期报道的四角畸变，这两个出现在反铁磁相变。
Crossover from impurity-induced ordered phase to uniform antiferromagnetic phase under hydrostatic pressure in the doped spin-gap system TlCu$_{1-x}$Mg$_x$Cl$_3$
Long-range dynamical magnetic order and spin tunneling in the cooperative paramagnetic states of the pyrochlore analogous spinel antiferromagnets CdYb2X4 (X = S, Se)
Optical conductivity in multiferroic GaV$_4$S$_8$ and GeV$_4$S$_8$: Phonons and electronic transitions
本文报道了GaV $_4$ S $_8$和GeV $_4$ S $_8$在100 ~ 23000 cm $^{-1}$和5 ~ 300 K温度范围内的光谱学研究。这些多铁性尖晶石系统揭示了Jahn-Teller驱动的铁电性和复杂的磁序在低温下。我们研究了在立方高温相，以及在轨道和磁有序的低温相的红外激活声子模式和低位电子激发。我们比较了这两种化合物中的声子模式，这两种化合物经历了不同的降低铁电和轨道有序相的Jahn-Teller跃迁，并表现出不同的磁基态。我们遵循分裂的声子模式在结构相变和检测额外的分裂在GeV的反铁磁秩序$_4$ S $_8$的发病。我们观察到的V $_4$集群的$d$衍生带内的电子跃迁和文件的结构和磁性相变上的窄电子带隙的显着影响。
