FeF$_3$, with its half-filled Fe$^{3+}$ $3d$ orbital, hence zero orbital angular momentum and $S=5/2$, is often put forward as a prototypical highly-frustrated classical Heisenberg pyrochlore antiferromagnet. By employing {\it ab initio} density functional theory (DFT), we obtain an effective spin Hamiltonian for this material. This Hamiltonian contains nearest-neighbor antiferromagnetic Heisenberg, bi-quadratic and Dzyaloshinskii-Moriya interactions as dominant terms and we use Monte Carlo simulations to investigate the nonzero temperature properties of this minimal model. We find that upon decreasing temperature, the system passes through a Coulomb phase, composed of short-range correlated coplanar states, before transforming into an "all-in/all-out" (AIAO) state via a very weakly first order transition at a critical temperature $T_c\approx 22$ K, in good agreement with the experimental value for a reasonable set of Coulomb interaction $U$ and Hund's coupling $J_{\rm H}$ describing the material. Despite the transition being first order, the AIAO order parameter evolves below $T_c$ with a power-law behavior characterized by a pseudo "critical exponent" $β\approx 0.18$ in accord with experiment. We comment on the origin of this unusual $β$ value.
Mixed valence on a pyrochlore lattice - LiV2O4 as a geometrically frustrated magnet
在40 K以上，重费米子尖晶石LiV_2O_4的磁化率与几何阻挫磁绝缘体的磁化率具有许多共同特征，而其室温电阻率舒适地超过Mott-Regel极限。这表明，当地的磁矩，以及烧绿石晶格的基本几何形状，在确定其磁性能发挥了重要作用。我们最近推出的四面体平均场论绝缘烧绿石反铁磁体的情况下，其中个别四面体包含不同长度的自旋，并以此为出发点，讨论三种不同的情况下，在LiV 2 O 4的磁性和电子的转变。
Spin liquid state in a three-dimensional pyrochlore-like frustrated magnet
Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯理工学院）；Institute for Basic Science（基础科学研究院）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Institut Laue-Langevin（朗之万研究所）；STFC Rutherford Appleton Laboratory（STFC卢瑟福阿普尔顿实验室）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）；Quantum Centre of Excellence for Diamond and Emergent Materials, Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯理工学院钻石与新兴材料量子卓越中心）
Structure and magnetic studies of geometrically frustrated disordered pyrochlores A$_{2}$Zr$_{2}$O$_{7}$: (A = Eu, Gd, Er)
自旋冰系统Dy $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$在$\sim$ 16 K温度下表现出强烈的频率依赖性自旋冻结。虽然这已经是一个讨论多年的问题，但这种不寻常的自旋冻结的起源仍然是未知的。用等价Zr取代Ti导致Dy $_{2}$ Zr $_{2}$ O $_{7}$在低温下的动态磁基态，并阻止高温自旋冻结的形成。有趣的是，高温自旋冻结在磁场的存在下重新出现。在这个方向上，我们研究了一系列无序焦绿石氧化物APDMATHABMM Zr $_{2}$ O $_{7}$（A = Eu，Gd，Er），并与DyPDMATHABMM Zr $_{2}$ O $_{7}$和HoPDMATHABMM Zr $_{2}$ O $_{7}$系统的晶体结构、磁性和热容行为进行了比较。我们的研究表明，取决于无序参数，自旋冻结行为可以保留通过减慢自旋动力学与适当的选择磁场。我们观察到，不同于钛酸盐，在稀土位点的改性不会使这些锆酸盐化合物的磁性基态发生相当大的变化。
Epitaxial stabilization of (111)-oriented frustrated quantum pyrochlore thin films
阻挫的稀土烧绿石钛酸盐Yb $_2$ Ti $_2$ O $_7$和Tb $_2$ Ti $_2$ O $_7$已被提出作为实现量子自旋冰（QSI）的有希望的候选物。在外加（111）取向的磁场作用下，QSI态将出现多种奇异的量子相，包括库仑铁磁体、量子价键固体和四极有序.在这里，我们报告的初步成功的超薄膜的受抑量子高温超导体，R $_2$ Ti $_2$ O $_7$（R = Er，Yb，和Tb），沿（111）方向的层层生长。我们确认其高结晶度和适当的化学组成的组合的方法，包括原位RHEED，X射线衍射，倒易空间映射，和X射线光电子能谱学。具有平面几何形状的大面积（111）取向QSI结构的可用性为探索准二维极限中的应变和磁场相关性质的大块平台提供了新的补充。
Thermal conductivity of quantum magnetic monopoles in the frustrated pyrochlore Yb2Ti2O7
我们报道了烧绿石Yb $_2$ Ti $_2$ O $_7$的低温热导率$κ$，其中包含具有显著量子涨落的受抑自旋冰关联。在无序自旋液体区域，$κ(H)$表现出非单调的磁场依赖性，这是很好地解释了强的自旋-声子散射和量子相干激发。我们发现量子单极子的激发能比无色散的经典单极子的激发能有很强的抑制。此外，与扩散的经典单极子形成鲜明对比的是，量子单极子具有很长的平均自由程，我们推断量子单极子是一种新的重粒子，可能是玻色子，它在三维自旋液体中是高度可动的。
Direct evidence for a dynamical ground state in the highly frustrated Tb$_2$Sn$_2$O$_7$ pyrochlore
对“有序自旋冰”Tb $_2$ Sn $_2$ O $_7$烧绿石化合物的粉末样品进行了MuSR实验。在基温（T=35mK），μ子弛豫具有动力学性质，表明在铁磁相变（T_C=0.87K）以下仍存在强涨落。长程序的暗示表现为μ子极化在外场作用下的振荡和T_C以下的滞后行为。我们提出了一个动态的和强相关的情况下，动力学的结果从大自旋团簇的波动与“有序自旋冰”的结构。
在这篇评论中，我们提供了一系列的挫折量子稀土辉石的物理介绍。我们首先给出了这些材料的微观单离子和双离子物理的背景，讨论了它们的交换相互作用的起源和性质以及它们的最小低能有效模型，然后概述了它们的经典和量子相。然后，我们利用这种理解来讨论四个重要的材料示例：Er $_2$ Ti $_2$ O $_7$，Yb $_2$ Ti $_2$ O $_2$，Tb $_2$ Ti $_2$ O $_7$和Pr $_2$ Zr $_2$ O $_7$，涵盖了实验上和理论上对每一种已知的一些细节，并总结了一些尚未解决的关键问题。最后，我们提供了一些替代材料平台实现类似的物理和讨论我们看到的前景，这些量子稀土高温超导体的未来调查的前景。
Thermal Hall conductivity in the frustrated pyrochlore magnet Tb2Ti2O7
在铁磁体中，自旋激发是研究得很好的磁振子。在受抑的量子磁体中，尽管自旋之间有很大的交换耦合，但长程磁序无法发展。与传统磁体中的磁振子相比，人们对它们的自旋激发知之甚少。他们是流动的还是本地的？在这里，我们表明，热霍尔电导率$κ_{xy}$提供了一个强大的探针的“量子自旋冰”烧绿石Tb $_2$ Ti $_2$ O $_7$的自旋激发。即使材料是透明的，热霍尔响应也很大。霍尔响应产生于自旋激发，具有将它们与磁振子区分开的特定特性。在低温（$T<$ 1 K）下，热导率模仿脏金属的热导率。使用霍尔角，我们构建了一个相位图，显示了如何通过磁场抑制激励。
Structural properties of the geometrically frustrated pyrochlore Tb2Ti2O7
虽然理论上表现出最近邻反铁磁相互作用和几何挫折的材料在没有无序的情况下不应该磁有序，但很少有这样的系统被实验观察到。一个这样的系统似乎是烧绿石Tb 2 Ti 2 O 7。然而，以前的结构研究表明，Tb_2Ti_2O_7是一个不完美的烧绿石。为了澄清这种情况，我们进行了中子粉末衍射（NPD）和X射线吸收精细结构（XAFS）的样品上的测量，这些样品是相同的制备，显示没有磁序。NPD测量结果表明，Tb_2Ti_2O_7的长程有序结构在4.5 ~ 600 K之间没有发生结构转变。具体而言，每个部位的均方位移（u^2）遵循无偏移的德拜模型。在2%的上限内，没有观察到Tb/Ti位点互换的证据。同样，在标称烧绿石值的2%的上限内，没有观察到氧化学计量的过量或不足。Tb L3-和Ti K-边XAFS测量从20-300 K类似地表明一个良好有序的局部结构。考虑了结构的其他方面。我们得出结论，Tb 2 Ti 2 O 7具有，在实验误差范围内，一个理想的，无序的烧绿石晶格，从而使系统保持在一个动态的，受挫的自旋状态的最低观测温度。
Quadrupole Order in the Frustrated Pyrochlore Tb$_{2+x}$Ti$_{2-x}$O$_{7+y}$
利用高质量单晶的比热、磁化强度和中子散射实验研究了阻挫烧绿石Tb $_{2+x}$ Ti $_{2-x}$ O $_{7+y}$与$T_{\text{c}}=0.53$ K中出现的隐序。基于赝自旋1/2哈密顿量的离子非Kramers磁偶极子的半定量分析表明，它是电四极矩的有序态。名义Tb $_2$ Ti $_2$ O $_7$的难以捉摸的自旋液体状态最有可能是U（1）量子自旋液体状态。
Emergent Vortex Ordering in a Multiflavor Pyrochlore-Lattice Compound GeCo$_2$O$_4$
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Comprehensive Research Organization for Science and Society (CROSS)（综合研究组织科学社会）；Rutherford Appleton Laboratory（鲁瑟福阿普顿实验室）；Peking University（北京大学）；China Institute of Atomic Energy（中国原子能科学研究院）
Local lattice disorder in the geometrically-frustrated spin glass pyrochlore Y2Mo2O7
几何受挫的自旋玻璃Y2 Mo 2 O 7已被广泛认为是结晶有序的唯一的最近邻磁交换相互作用，J.为了测试这一论断，我们提出了X射线吸收精细结构的结果为Mo和Y K边缘作为温度的函数，并将它们与结果从有序的烧绿石，Tl 2 Mn 2 O 7。我们发现Mo-Mo对的距离在与Y-Mo对近似成直角的方向上是显著无序的。这些结果强烈表明，晶格无序成核的自旋玻璃相在这种材料中。
Quasiparticle Breakdown and Spin Hamiltonian of the Frustrated Quantum Pyrochlore Yb$_2$Ti$_2$O$_7$ in Magnetic Field
阻挫烧绿石磁体Yb $_2$ Ti $_2$ O $_7$具有磁性有序的显著性质，但在布里渊区的宽区域上没有传播的磁振子。在这里，我们使用非弹性中子散射，以遵循如何频谱的演变，在垂直轴磁场。在高场，我们观察到除了色散的磁振子也是一个两个磁振子连续，它的强度增加后，减少领域和重叠的一个磁振子状态在中间领域导致强重整化的色散关系，和磁振子衰变。利用热容测量，我们发现低场区和高场区是平滑连接的，没有急剧的相变，自旋能隙随场单调增加。通过拟合到一个广泛的数据集，我们重新评估的自旋哈密顿发现占主导地位的量子交换项，我们建议负责的强烈波动和准粒子击穿效应在低场观察。
Spin-lattice coupling in frustrated antiferromagnets
本文综述了自旋-晶格耦合在消除烧绿石反铁磁体，特别是尖晶石氧化物的几何阻挫中的作用机制。烧绿石晶格的组成单元四面体单元在晶格自由度与反铁磁性耦合时发生自旋驱动的Jahn-Teller不稳定性。通过限制我们的考虑，以保持平移对称性的晶格的扭曲，我们提出了一个一般的理论，集体自旋Jahn-Teller效应的烧绿石晶格。预测的晶格畸变之一打破了反转对称性，并产生了手性烧绿石晶格，其中受挫键形成具有一定手性的螺旋。手性通过自旋轨道耦合转移到自旋系统，导致长周期螺旋状态，如在尖晶石CdCr 2 O 4中观察到的。我们讨论了利用局域声子模的自旋-晶格耦合的显式模型，以及它们在其他阻挫磁体中的应用。
Spin Waves and Quantum Criticality in the Frustrated XY Pyrochlore Antiferromagnet Er2Ti2O7
我们报告了Er $_2$ Ti $_2$ O $_7$的低温磁相图的详细测量结果。在晶体[110]方向施加磁场的条件下，单晶的热容和飞行时间中子散射研究揭示了非常规的低能态。Er $^{3+}$磁性离子驻留在Er $_2$ Ti $_2$ O $_7$中的烧绿石晶格上，其中局部XY各向异性和反铁磁相互作用产生独特的阻挫系统。在零场中，基态表现出共存的短和长程序，伴随着软集体自旋激发以前被认为是不存在的。有限磁场的应用通过非共线相位的景观连续地调谐基态，除以在$μ_0 H_c \sim$ 1.5 T的零温度相变。正如量子涨落驱动的二阶量子相变所预期的那样，自旋涨落的特征能量尺度在临界点消失。
Spin-orbital glass transition in a model of a frustrated pyrochlore magnet without quenched disorder
我们从理论上表明，自旋和轨道自由度的烧绿石氧化物Y2 Mo 2 O 7，这是免费的淬火无序，可以表现出同时的玻璃化转变，作为动力学随机性工作。自旋和轨道的相互作用是由选择轨道的Jahn-Teller晶格畸变介导的，然后产生从铁磁到反铁磁的各种自旋交换相互作用。我们的蒙特卡罗模拟检测到的弛豫时间的幂律发散和磁和介电非线性极化率的负发散，解决了长期困扰的起源无无序自旋玻璃。
Ordered spin-ice state in the geometrically frustrated metallic-ferromagnet Sm2Mo2O7
最近发现的自旋冰是一个壮观的例子，非共面自旋安排，可以出现在烧绿石A2 B2 O 7结构。我们对金属铁磁烧绿石Sm 2 Mo 2 O 7进行了磁性和热力学研究。我们的研究，进行了定向晶体，表明Sm自旋有一个有序的自旋冰基态低于约T* = 15 K。有序自旋冰态的温度和场演化受Sm和Mo自旋之间的反铁磁耦合的支配。我们建议，作为一个强大的功能，这种耦合的结果，四面体与外部场对齐，采用“1-在，3-出”自旋结构，而不是“3-在，1-出”在偶极自旋冰，因为字段超过一个临界值。
Local spin dynamics in geometrically frustrated Mo pyrochlore antiferromagnet Lu$_2$Mo$_2$O$_{5-y}$N$_2$
利用μ子自旋旋转/弛豫实验研究了量子自旋液体候选化合物（$S=1/2$，Mo $^{5+}$）氧氮化物烧绿石Lu $_2$ Mo $_2$ O $_{5-y}$ N $_2$的磁基态.与在凝固温度$T_g\simeq16$ K下表现出自旋玻璃行为的Lu $_2$ Mo $_2$ O $_7$（$S=1$，Mo $^{4+}$）相反，在低至0.3 K下没有观察到这种自旋凝固或长程磁序。此外，两个独立的磁畴被检测到低于$\sim$ 13 K，其特征在于在自旋动力学的差异。第一个是在受挫的反铁磁体中看到的“零星”自旋波动，其中超精细场的振幅表明激发包括未成对自旋的局部簇。另一种是快速的顺磁涨落，在低温下只有微弱的抑制。在顺磁波动的地方，零星波动的体积分数随着温度的降低而稳步增加，这表明形成了一个激发间隙与宽分布的间隙能量，涉及零间隙。
Ferromagnetic - spin glass transition induced by pressure in the geometrically frustrated pyrochlore (Tb$_{1-x}$La$_x$)$_2$Mo$_2$O$_7$
本文用中子衍射和$μ$ SR研究了（Tb $_{1-x}$ La $_x$）$_2$ Mo $_2$ O $_7$高温超导体。Tb取代La使晶格膨胀，并引起从自旋玻璃状状态（{ \itshape x}=0）到非共线铁磁体（{ \itshape x}=0.2）的变化。在铁磁结构中，Tb矩的取向接近于它们的局部各向异性轴，而Mo矩的取向接近于净矩。$μ$ SR动力学弛豫速率在居里温度T $_C$处显示尖状峰，在T $^\star$ $<$ T $_C$处显示宽异常，表明局部或动力学性质的第二次转变。在压力下，长程有序被破坏，恢复到类似自旋玻璃的状态。这组数据提供了铁磁-自旋玻璃阈值区自旋关联和涨落的微观图像。
Nonconventional Spin Glass Transition in a Chemically Ordered Pyrochlore
本文报道了几何阻挫烧绿石Tb $_{2}$ Mo $_{2}$ O $_{7}$，$T$ $_{g}$ $\simeq$ 24 K中不寻常的自旋玻璃性质的研究。分析的非线性部分的直流和复杂的磁化率，附近的玻璃化转变制度，表明存在一个统计分布的弛豫时间在短程有序铁磁簇。此外，磁自旋在低于玻璃化转变温度时没有被充分冻结;显然，这是非线性磁化率的静态临界指数的非平衡标度行为的原因。我们的报告有望为理解具有短程铁磁相互作用的挫火辉石的冻结特性提供新的思路。
Quadrupole order in the frustrated pyrochlore magnet Tb$_2$Ti$_2$O$_7$
通过比热实验和蒙特卡罗（MC）模拟研究了烧绿石类阻挫磁体Tb $_2$ Ti $_2$ O $_7$的隐藏长程有序（LRO），并将其作为Tb $^{3+}$的非Kramers离子所固有的四极矩LRO进行了讨论.我们发现，$H//[001]$尖锐的比热峰在0.3T以上的磁场作用下会塌陷成一个宽峰。这一结果，定性再现MC模拟，表明场诱导的磁状态克服了四极LRO状态，作为一个类似的情况下，一个经典的自旋冰。目前的结果支持的解释，Tb $_{2+x}$ Ti $_{2-x}$ O $_{7+y}$是一个独特的材料之间的四极（$x \geq x_c = -0.0025$）和自旋液体（$x \leq x_c$）状态，其中沿[001]轴的磁场是一个调谐参数，诱导磁有序状态。
Optical phonons, spin correlations, and spin-phonon coupling in the frustrated pyrochlore magnets CdCr2O4 and ZnCr2O4
我们报告的红外，拉曼，磁化率和比热测量CdCr 2 O 4和ZnCr 2 O 4单晶。我们估计的最近邻和次最近邻交换常数从磁化率和提取的自旋-自旋关联函数从磁化率和比热的磁贡献。通过与TN以上的红外光学声子频移的比较，我们得到了这些系统中自旋-声子耦合常数的估计。拉曼和红外活性声子模式的观察表明，在CdCr 2 O 4中低于Neel温度时，反转对称性的损失与Chern及其同事的理论预测一致[Phys.Rev.B74，060405（2006）]。在ZnCr_2O_4中，在TN以下出现了几个新的模式，但没有检测到声子模式，这是拉曼和红外活性的，表明在低温相的反转对称性守恒。
Soft dipolar spin ice physics and the ordered phase of the frustrated Tb2Sn2O7 pyrochlore magnet
从一个微观模型的烧绿石反铁磁体Tb 2Sn 2 O 7，包括晶体场的哈密顿量和角动量之间的相互作用，我们计算了一个有效的赝自旋-1/2哈密顿量Heff$，纳入微扰的有效相互作用的激发晶体场水平的影响。我们得到的半经典基态的Heff和找到一个区域的参数空间与两个在/两个出自旋冰配置上的每个四面体与有序波矢量q=0和自旋倾斜远离当地伊辛轴中发现Tb 2 Sn 2 O 7。这种基态也可以从偶极自旋冰模型中得到，其中伊辛约束被软化。后一种模型的蒙特卡罗模拟揭示了一个区域的相图与自旋冰状冻结和另一个过渡到Tb 2Sn 2 O 7型长程序。我们评论Tb_2Sn_2O_7和令人困惑的自旋液体Tb_2Ti_2O_7之间的差异。
