Pyrochlore $\rm Pr^{3+}_{2+x}Zr^{4+}_{2-x}O_{7-x/2}$ samples in the form of both powders $(-0.02 \le x \le 0.02)$ and bulk single crystals have been studied to elucidate the dependence of their magnetic, compositional and structural properties on synthesis and growth conditions. All samples were characterized using X-ray diffraction, specific heat, and DC magnetization measurements. The crystals were also studied using the X-ray Laue technique and scanning electron microscopy. Increasing the Pr content for the $\rm Pr_{2+x}Zr_{2-x}O_{7-x/2}$ powders enlarged the lattice parameter, and resulted in systematic changes in magnetic susceptibility and specific heat. Stoichiometric and high quality single crystals of $\rm Pr_2Zr_2O_7$ were grown using the optical floating zone technique under a high purity static argon atmosphere, to avoid inclusions of Pr$^{4+}$ and limit Pr vaporization. Increasing the growth speed was found to significantly reduce Pr vaporization for better control of stoichiometry. Scanning electron microscopy provided direct evidence of spinodal decomposition during growth that is controllable via rotation rate. An intermediate rotation rate of 3-6 rpm was found to produce the best microstructure. The magnetic susceptibility of crystals grown at rates from 1-20 mm/hr revealed changes that were consistent with Pr vaporization. Further, we report indications of local off-centering of Pr$^{3+}$ ions from the ideal pyrochlore sites, similar to what is known for the trivalent cation in $\rm Bi_2Ti_2O_7$ and $\rm La_2Zr_2O_7$. The effect varies with Pr content and radically modulates the low temperature specific heat. Overall, the results clearly demonstrate important correlations between the growth conditions and physical properties of $\rm Pr_2Zr_2O_7$ crystals.
Lone pairs in insulating pyrochlores: Ice rules and high-$k$ behavior
烧绿石介电材料如（Bi $_{1.5}$ Zn $_{0.5}$）（Nb $_{1.5}$ Zn $_{0.5}$）O $_7$（BZN）引起了人们的兴趣，因为它们结合了高介电常数和小介电损耗角正切，并且在所有温度下都是立方的。BiPDMATHABMP Ti $_2$ O $_7$的低温制备和结构表征为理解Bi基高温超导体的性质提供了一个很好的模型体系。在这方面的贡献，立方Bi $_2$ Ti $_2$ O $_7$的电子结构是可视化的，并与Aurivillius相铁电体SrBi $_2$ Ta $_2$ O $_9$（SBT）的电子结构进行比较，它显示了铁电体的扭曲低于608 K与孤对活性Bi $^{3+}$的倾向，以移动偏离中心。这种相干的偏离中心的扭曲在烧绿石晶格上被挫败，并且这阻止了Bi $_2$ Ti $_2$ O $_7$中的铁电-顺电相变。相反，Bi $_2$ Ti $_2$ O $_7$中的Bi $^{3+}$离子必须以\textit{incoherent}方式偏离中心，这与保留的立方结构相容。还描述了烧绿石Pb $_2$ Sn $_2$ O $_6$中的孤对电子阻挫行为。相似之处的某些类型的\textit{magnetism}在烧绿石化合物（自旋冰）和铁电烧绿石的显着缺乏，所产生的角连接四面体拓扑结构的烧绿石晶格的研究挫折指出。
Atomic displacements in the "charge-ice" pyrochlore Bi2Ti2O7 studied by neutron total scattering
已知氧化物烧绿石Bi $_2$ Ti $_2$ O $_6$ O $^\prime$与Bi和O $^\prime$原子从其理想晶体学位置的大位移有关。中子总散射，在互惠和真实的空间分析，在这里了解这些位移的性质。Rietveld分析和最大熵方法用于产生结构非理想性的平均图像。局部结构是通过大盒反向蒙特卡罗模拟同时约束的布拉格轮廓和实空间对分布函数建模。这些模型的直接可视化和统计分析显示了静态Bi和O $^\prime$位移的精确性质。相邻的Bi位移之间的相关性进行了分析，使用坐标从大箱模拟。连续对称性测度的框架已被应用到O $^\prime$ Bi $_4$四面体的分布，以检查偏离理想。双位移从理想的位置出现相关的本地长度尺度。这些结果是一致的想法，这些含烧绿石化合物的双光子对可以被视为高度结构挫折系统。
Single crystal growth of the pyrochlores $R_2$Ti$_2$O$_7$ ($R$ = rare earth) by the optical floating-zone method
本文报道了用光学浮区法生长稀土钛酸盐$R_2$ Ti $_2$ O $_7$（$R$ = Gd，Tb，Dy，Ho，Y，Er，Yb和Lu）和掺Y Tb $_{2-x}$ Y $_x$ Ti $_2$ O $_7$（$x$ = 0.2和1）晶体的系统研究。成功地获得了高质量的单晶，并仔细优化了生长条件。氧分压是最重要的参数，根据稀土离子半径的不同，氧分压在0.1- 0.4MPa之间较为合适。生长速率是另一个参数，发现对于不同的稀土离子为2.5- 4 mm/h。X射线衍射数据表明这些晶体具有良好的结晶性。这些晶体的基本物理性质的特点是由磁化率和比热测量。
Synthesis, crystal growth and characterization of the pyrochlore Er2Ti2O7
烧绿石铒钛酸盐样品的形式的粉末（与名义组成的Er 2 Ti 2 + xO 7）和散装单晶的制备，以阐明其组成，结构和转变温度的合成和生长条件的影响。所有样品的特征在于使用X射线衍射和比热测量。缺钛填充粉末Er 2（Ti 2-xErx）O 7-δ的晶格常数较大，而富钛填充粉末（Er 2-xTix）Ti 2 O 7 +δ的晶格常数减小。化学计量合成的粉末Er 2 Ti 2 O 7的晶格参数被测量为a = 10.07522（9）nm。通过传统的浮区（FZ）技术生长的单晶是Ti不足（填充）和颜色较暗，由于氧空位。采用移动式溶剂浮区法（TSFZ），在较低的温度下以TiO 2为溶剂生长出了高结构质量、透明的化学计量比的Er 2 Ti 2 O 7单晶。TSFZ生长的Er 2 Ti 2 O 7晶体和化学计量比粉末的热容测量显示出非常接近的磁转变温度TC ~ 1.23 K，在非化学计量比样品中被抑制，表明Er 2 Ti 2 O 7的化学计量比和基态磁性之间的相关性。
Emergence of weak pyrochlore phase and signature of field induced spin ice ground state in Dy$_{2-x}$La$_{x}$Zr$_{2}$O$_{7}$; x = 0, 0.15, 0.3
烧绿石氧化物Dy $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$和Ho $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$是研究得很好的自旋冰体系，并显示出磁共振激发的证据。与这些不同，Dy $_{2}$ Zr $_{2}$ O $_{7}$被报道以扭曲的萤石结构结晶。本文研究了La取代Dy $_{2}$ Zr $_{2}$ O $_{7}$的磁性和热容量。我们的研究结果表明，在Dy $_{2}$ Zr $_{2}$ O $_{7}$中不存在自旋冰态，但在T $\approx$ 10 K附近出现了磁场诱导的自旋冻结，这与Dy $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$相似。Dy $_{2}$ Zr $_{2}$ O $_{7}$的磁热容量显示出峰值位置从零磁场中的1.2 K向磁场中的更高温度的移动，并且相应地磁熵减小。在5 kOe场下，低温磁熵为Rln ~ 2-（1/2）Rln（3/2），与自旋冰态相同。用非磁性的等价La $^{3+}$取代Dy $^{3+}$，可使结构由高度无序的萤石相逐渐转变为弱有序的烧绿石相。La $^{3+}$取代的化合物在较低的磁场下表现出自旋冻结，而在磁场作用下自旋冻结进一步加强。结果表明，Dy $_{2}$ Zr $_{2}$ O $_{7}$中的自旋冰态可以通过降低自旋动力学或通过适当的取代强化烧绿石相来稳定.
The pyrochlore Ho2Ti2O7: Synthesis, crystal growth and stoichiometry
我们研究了合成和生长条件对烧绿石氧化物钛酸钬的磁性、结构和组成性质的影响，并证明了一种生长高质量化学计量比单晶的方法。在不同温度下合成了一系列具有不同Ti含量的多晶样品（-0.08 \leqslant x \leqslant 0.08，标称成分为Ho 2 Ti 2 + x O 7），并使用粉末X射线衍射进行表征。结果表明，在1500 °C的较高温度下合成粉末产生单相化合物。缺Ti粉末由于填充（Ho进入Ti位置）而显示晶格常数增加，而富Ti粉末由于反填充（Ti进入Ho位置）而显示晶格常数减小。发现在O2中的后退火对于完成抗填充过程是必要的。传统的浮区（FZ）技术的使用引入Ti不足，填充，和氧空位在生长的晶体。报道了用移动溶剂浮区法生长高结构质量、化学计量比的Ho_2Ti_2O_7单晶。交流磁化率的测量结果表明，化学计量比的晶体显示出较高的冰冻结温度，表明晶体质量和化学计量比起着关键的作用，该化合物的低温自旋冰性能。
Pyrochlore U(1) spin liquid of mixed symmetry enrichments in magnetic fields
指出了在微扰自旋冰区外的对称性富集U（1）量子自旋液体（QSL）的实验关联性和探测方案。最近对铈基烧绿石QSL材料的实验表明，候选QSL可能不接近众所周知的自旋冰制度，因此从根本上不同于其他烧绿石QSL材料。我们考虑了$π$通量U（1）QSL的可能性，它是受抑的横向交换相互作用而不是通常的量子自旋冰所支持的。以前提出，对于烧绿石磁体Ce $_2$ Sn $_2$ O $_7$和Ce $_2$ Zr $_2$ O $_7$上Ce $^{3+}$局域磁矩的偶极-八极二重态的一般自旋模型，可以实现偶极U（1）QSL和八极U（1）QSL。我们解释和预测了实验特征，特别是八极$π$通量U（1）QSL的磁场响应。从根本上说，这种非凡的状态是点群对称和平移对称的对称性丰富的混合物。我们讨论了烧绿石U（1）QSL的相关实验，并进一步提供了一些见解烧绿石海森堡模型。
First-principles calculations of magnetic states in pyrochlores using a source-corrected exchange and correlation functional
我们提出了第一性原理研究的自旋冰态在Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$使用磁源自由交换和相关功能，实施的Castep电子结构代码。通过比较从传统的本地自旋密度近似的结果，我们表明，自旋冰态Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$可以可靠地通过去除磁源的交换和相关贡献的潜力，我们对比这对其他挫烧绿石磁铁的计算基态。
Field induced spin freezing and low temperature heat capacity of disordered pyrochlore oxide Ho$_{2}$Zr$_{2}$O$_{7}$
自旋冰材料是由于冻结的无序状态而具有\textit{T} $\rightarrow$ 0 K的零点熵的模型系统。在这里，我们化学改变众所周知的自旋冰Ho $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$取代钛网站与等价的，但更大的Zr离子。与作为烧绿石材料的Ho $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$不同，Ho $_{2}$ Zr $_{2}$ O $_{7}$以无序烧绿石结构结晶。我们对Ho $_{2}$ Zr $_{2}$ O $_{7}$进行了详细的结构、交流磁化率和热容研究，以探讨结构无序和受抑相互作用的相互作用。零场基态表现出大的磁化率，并保持动态下降到30 mK，而不显示鲍林的剩余熵。在磁场为$\sim$ 10 kOe时，动态被连续抑制，并发生冻结转变（$\sim$ 10 K）.这些结果表明，Ho $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$中化学有序和局域应变的改变阻止了自旋冰态的发展，为基于结构的几何阻挫研究提供了新的材料。
Classical symmetry enriched topological orders and distinct monopole charges for dipole-octupole spin ices
International Center for Quantum Materials, Peking University（北京大学量子材料中心）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学李政道研究所）；Collaborative Innovation Center of Quantum Matter（量子物质协同创新中心）；The University of Hong Kong, Shenzhen Institute of Research and Innovation（香港大学深圳研究院）；Beijing Key Laboratory of Quantum Devices, Peking University（北京大学量子器件北京市重点实验室）
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。
A quantum liquid of magnetic octupoles on the pyrochlore lattice
自旋液体是由磁偶极子$^1$的纠缠所形成的高度相关但无序的状态。理论通常使用规范场和非限定准粒子激发来定义这种状态，这些准粒子激发来自于一个简单的规则，该规则支配着受抑磁体的局部基态。例如，四面体上偶极矩的“2进2出”冰规则可以导致稀土辉石中的量子自旋冰--量子电动力学的格点规范理论$^{2-4}$描述的一种状态。然而，f-电子离子经常携带比偶极子更高秩的多极自由度，导致有趣的行为和“隐藏”订单$^{5-6}$。在这里，我们证明了基于Ce $^{3+}$的烧绿石Ce $_2$ Sn $_2$ O $_7$的相关基态是磁性八极的量子液体。我们的中子散射结果是一致的形成的流体状的物质状态，但强度分布加权较大的散射矢量，这表明相关的自由度有一个更复杂的磁化强度密度比典型的磁偶极子在自旋液体。在低于1开尔文的相关制度的整体性质的温度演化是很好地再现使用的偶极八极双峰烧绿石晶格$^{7-8}$的模型。八极-八极耦合的性质和强度，加上自旋子激发的连续性，为八极的量子冰受“2加2减”规则支配提供了进一步的证据。我们的工作确定Ce $_2$ Sn $_2$ O $_7$作为一个独特的例子，材料的挫折多极形成一个“隐藏”的拓扑秩序，从而概括观察量子自旋液体多极相，可以支持新类型的紧急领域和激励。
Quantum versus classical effects at zero and finite temperature in the quantum pyrochlore Yb$_2$Ti$_2$O$_7$
在各向异性最近邻自旋$1/2$模型的框架下，研究了候选量子自旋冰材料Yb $_2$ Ti $_2$ O $_7$的有限温度性质.使用有限温度Lanczos和经典的Monte Carlo方法相结合，我们强调量子力学效应的重要性，建立低温有序过渡的存在和位置。我们对32个位点的簇进行了模拟，这些簇捕获了这种材料已知最干净的样品中所见的比热曲线的基本特征。综述了Yb $_2$ Ti $_2$ O $_7$的最新实验结果[A. Scheie等人，物理修订信函119，127201（2017）和J. D. Thompson等人，物理修订版信函119，057203（2017）]，然后我们解决了当受到磁场时铁磁相和顺磁相之间的相边界如何变化的问题。我们发现，量子计算解释了观察到的差异与一个完全经典的治疗，并表明，Yb $_2$ Ti $_2$ O $_7$显示显着的重整化效应，这是在其重入瓣相图的心脏。最后，我们发展了一个定性的了解铁磁体的存在，通过将它与它的对应物，存在于附近的经典冰歧管。
Large Low Temperature Specific Heat in Pyrochlore Bi$_2$Ti$_2$O$_7$
无定形和结晶材料经常表现出超过使用德拜模型预测的低温比热。该过量比热的特征是在$C/T^3$ \textit{versus} $T$中观察到的峰。为了理解烧绿石Bi $_2$ Ti $_2$ O $_7$晶体结构中局部畸变的长程有序的奇怪缺失，我们测量了晶体Bi $_2$ Ti $_2$ O $_7$和相关化合物的比热。我们发现，在$C/T^3$中的峰与在Bi $_2$ Ti $_2$ O $_7$中的$T$的峰在比其他类似化合物低得多的温度下下降，这与无序的存在一致。这种无序的晶体Bi $_2$ Ti $_2$ O $_7$的热力学证据是一致的猝灭的配置无序的Bi孤对几何挫折，这可能代表了一种可能的实现“电荷冰”。
Crystal field parameters of the rare earth pyrochlores $R_2$Ti$_2$O$_7$ ($R$ = Tb, Dy, Ho)
在这项工作中，我们提出了非弹性中子散射实验，探测单离子基态的稀土高温超导体$R_2$ Ti $_2$ O $_7$（$R$ = Tb，Dy，Ho）。Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$和Ho $_2$ Ti $_2$ O $_7$是偶极自旋冰，现在经常被描述为涌现的磁激发的宿主; Tb $_2$ Ti $_2$ O $_7$的低温状态具有自旋液体和自旋玻璃的特征，以及强的磁弹性耦合。我们测量了所有三种化合物的晶场激发，得到了一组统一的晶场参数。对Tb $_2$ Ti $_2$ O $_7$单晶的额外测量澄清了该材料中的晶场能级的分配，并且还揭示了晶场能级和光学声子模式之间的束缚态的新实例。
Low-Temperature Low-Field Phases of the Pyrochlore Quantum Magnet Tb$_2$Ti$_2$O$_7$
通过交流磁化率测量，我们发现了Tb $_2$ Ti $_2$ O $_7$在零磁场中低于140 mK的新磁相的证据。在平行于[111]的磁场中，这个相位-表现出频率和振幅依赖的磁化率和极慢的自旋动力学-延伸到大约70 mT，在那里它让位于另一个相位。的第二阶段，延伸到约0.6 T的磁化率的字段的依赖性，表明存在一个弱的磁化平台低于50 mK，已被预测的单四面体四自旋模型，支持的基本建议，即无序的低场基态Tb $_2$ Ti $_2$ O $_7$是一个量子自旋冰。
Spin ice behavior in Dy2Sn2-xSbxO7+x/2 and Dy2NbScO7
我们报告的磁性和热性能的Dy 2Sn 2-xSbxO 7 +x/2，x = 0，0.25，和0.5，和Dy 2NbScO 7。我们在Dy_2Sn_2-xSb_xO_（7 +x/2）材料中发现了类伊辛单离子基态的证据。这些材料具有几乎相同的零点熵的正则自旋冰Ho 2 Ti 2 O 7和Dy 2 Ti 2 O 7，强烈表明，它们在低温下的自旋冰状态。我们还观察到在Dy_2NbScO_7中零点熵有所降低，这可能与更高水平的阳离子无序有关。在这些材料中，在烧绿石晶格的B位上具有阳离子无序的类冰状态为在无序存在下自旋冰行为的鲁棒性提供了新的证据。
研究了均匀电场对呼吸烧绿石晶格三维U（1）自旋液相基态和激发态的影响，这些基态和激发态是由于常规（Maxwell）电场与量子自旋冰材料的涌现电动力学之间的耦合而产生的.这是对Phys. Rev. B 96，125145（2017）中各向同性火辉石研究的扩展，因为晶格反转对称性在呼吸火辉石中被破坏。出射光子表现出双折射，类似于各向同性的情况。然而，该系统具有非零极化，即使在没有外部电场，不同于各向同性烧绿石。我们还发现，一个足够强的电场触发量子相变到新的U（1）量子自旋液体捕获$π$ -通量的出射电场。即使当施加的电场沿着在各向同性极限中不显示出相变的方向时，也可以看到这样的转变发生。
