对烧绿石磁体Ho_2 Ti_2 O_7进行了弹性和非弹性中子散射研究。在零外加磁场中的测量表明,无序自旋冰基态的Ho 2 Ti 2 O 7的特征在于由矩形漫弹性散射图案内的[HHL]平面的倒易空间,这非常类似于区边界散射中看到它的姐妹化合物Dy 2 Ti 2 O 7。区域边界散射中定义明确的峰仅在~ 2 K以下的自旋冰基态内形成。相比之下,整个漫散射图案在~ 17 K的高得多的温度尺度上演变。在[001]以下的小波矢处的漫散射被发现在Q=0时消失,这是对偶极自旋冰的期望的明确签名。非常高的能量分辨率的非弹性测量表明,自旋冰基态低于2 K的特点也是从动态到静态自旋相关的10^{-9}秒的时间尺度上的过渡。在零场冷却条件下沿[1 ${\bar1}$ 0]方向施加磁场的测量表明,该系统可以分解为沿[1 ${\bar1}$ 0]的正交极化α链和沿[110]的准一维β链。研究表明,β链之间的三维相关性对[1 ${\bar1}$ 0]外部施加的磁场的精确对齐非常敏感。
英文摘要:
Elastic and inelastic neutron scattering studies have been carried out on the pyrochlore magnet Ho2Ti2O7. Measurements in zero applied magnetic field show that the disordered spin ice ground state of Ho2Ti2O7 is characterized by a pattern of rectangular diffuse elastic scattering within the [HHL] plane of reciprocal space, which closely resembles the zone boundary scattering seen in its sister compound Dy2Ti2O7. Well-defined peaks in the zone boundary scattering develop only within the spin ice ground state below ~ 2 K. In contrast, the overall diffuse scattering pattern evolves on a much higher temperature scale of ~ 17 K. The diffuse scattering at small wavevectors below [001] is found to vanish on going to Q=0, an explicit signature of expectations for dipolar spin ice. Very high energy-resolution inelastic measurements reveal that the spin ice ground state below ~ 2 K is also characterized by a transition from dynamic to static spin correlations on the time scale of 10^{-9} seconds. Measurements in a magnetic field applied along the [1${\bar1}$0] direction in zero-field cooled conditions show that the system can be broken up into orthogonal sets of polarized alpha chains along [1${\bar1}$0] and quasi-one-dimensional beta chains along [110]. Three dimensional correlations between beta chains are shown to be very sensitive to the precise alignment of the [1${\bar1}$0] externally applied magnetic field.
Static magnetic moments revealed by muon spin relaxation and thermodynamic measurements in quantum spin ice Yb$_2$Ti$_2$O$_7$
我们提出μ子自旋弛豫($μ$ SR)和比热随温度的变化$C(T)$测量烧绿石磁体Yb $_2$ Ti $_2$ O $_7$的多晶和单晶样品。$C(T)$在单晶和多晶样品中分别在$T_\mathrm{C}$ = 0.21和0.26 K处出现一个尖锐的峰。对于这两种样品,在50 mK和30 K之间释放的磁熵相当于$R\ln2$/Yb。在温度低于$T_\mathrm{C}$,我们观察到一个陡峭的下降在短时间尺度的零场$μ$ SR时间谱的不对称性,以及去耦的μ子自旋从内部磁场中的纵向磁场$\leq0.25$ T的多晶和单晶样品。这些μ介子数据表示静态磁矩。我们的结果与Yb $_2$ Ti $_2$ O $_7$两种形式的长程磁序的起始是一致的。
Revisiting the chain magnetism in Sr14Cu24O41: Experimental and numerical results
通过测量电子自旋共振(ESR)和在高达14 T的磁场下的静态磁化强度M,研究了Sr_(14)Cu_(24)O_(41)中空穴掺杂的CuO_2自旋链的磁性.在该化合物中,二聚的基态和链中的电荷顺序被很好地建立。我们的实验数据表明,在低温下的居里样增加的M以及相关的ESR信号的发生是由于少量的顺磁中心,这不是外在的缺陷,而是不成对的铜自旋链。这些观察定性地证实了最近的从头计算的基态性能的CuO 2链在Sr 14 Cu 24 O 41。我们的互补量子统计模拟结果的磁化强度的温度和场的依赖性可以很好地描述了一个有效的海森堡模型,其中的基态配置是由自旋二聚体,三聚体,和单体。
Magnetic ground state of a prototype quasicrystal approximant: a candidate for octahedral spin ice physics
ISIS Facility, Rutherford Appleton Laboratory(拉瑟福德·阿普尔顿实验室 ISIS 设施);Clarendon Laboratory, University of Oxford(牛津大学克拉伦登实验室);Research Institute for Science and Technology, Tokyo University of Science(东京理科大学理工学研究院);Laboratory for Muon-Spin Spectroscopy, Paul Scherrer Institut(保罗谢勒研究所μ自旋谱学实验室);Department of Materials Science and Technology, Tokyo University of Science(东京理科大学材料科学与技术系)
Single-ion anisotropy and magnetic field response in spin ice materials Ho$_{2}$Ti$_{2}$O$_{7}$ and Dy$_{2}$Ti$_{2}$O$_{7}$
出于其作为当前自旋冰动力学理论的中心支柱的作用,在平衡和不平衡,我们研究了磁性稀土离子在其本地环境中的单离子动力学,受它们相互作用的磁矩所建立的有效场的影响。该有效场具有相对于晶体电场的局部易磁化轴的横向分量,其可以诱导量子隧穿。我们超越了投影自旋1/2的图片,而使用完整的晶体场哈密顿量。我们发现,Kramers与非Kramers性质,以及晶体场哈密顿量的对称性,导致在小场($\lesssim 1$ T)不同的微扰行为,与横场效应更明显的Ho $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$比Dy $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$。值得注意的是,我们发现的能量分裂范围与从实验中提取的时间尺度一致。我们还提出了一个研究的静态磁响应,突出了系统的非对角$g$张量的形式的各向异性,我们调查的温度制度的相关实验的热波动的影响。我们发现,有一个狭窄的但可访问的窗口的实验参数,可以观察到的各向异性响应。
Ground state selection under pressure in the quantum pyrochlore magnet Yb2Ti2O7
量子自旋液体是一种新的物质状态,其特征是量子纠缠和不存在任何对称性破缺。在凝聚态中,受抑的稀土烧绿石磁体Ho $_2$ Ti $_2$ O $_7$和Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$,即所谓的自旋冰,表现出经典的自旋液体状态,具有分馏的热激发(磁单极)。量子自旋冰的证据,其中磁单极子成为长距离纠缠和涌现的量子电动力学出现,似乎触手可及。量子自旋冰候选物Yb $_2$ Ti $_2$ O $_7$的磁性一直没有得到全面的理解,甚至在低温下是否存在静态磁序也存在争议。在这里,我们表明,对压力的敏感性是Yb $_2$ Ti $_2$ O $_7$低温行为的关键。通过结合压力下的化学计量比样品的中子衍射和μ子自旋弛豫,我们证明了从无序的,非磁性的,基态到张开的铁磁基态的磁性转变。
Revisiting spin Hamiltonian parameters in a Kitaev material via Bayesian optimization of magnetization curves
Institute for Solid State Physics, University of Tokyo(东京大学固体物理研究所);Center for Basic Research on Materials, National Institute for Materials Science(国立物质材料研究所基础材料研究中心);Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo(东京大学前沿科学研究生院);Research Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), National Institute for Materials Science(国立物质材料研究所材料纳米结构研究中心)
Saitama University(埼玉大学);Chiba University(千叶大学);The University of Tokyo(东京大学);The University of Tennessee(田纳西大学);Oak Ridge National Laboratory(橡树岭国家实验室)