Sr $_4$ Ru $_3$ O $_{10}$是Ruddlesden-Popper型单齿酸盐Sr $_{n+1}$ Ru $_n$ O $_{3n+1}$的$n$ = 3成员，已知在面内磁场中表现出特殊的变磁转变。然而，温度和场依赖相变的性质仍然是一个有争议的话题。在这里，我们已经研究了磁性转变的Sr $_4$ Ru $_3$ O $_{10}$通过单晶中子衍射测量。在零磁场下，我们发现该体系在$T_{c}$ ~ 100 K经历了一个铁磁相变，同时存在面内和面外磁分量.低于$T^{*}$ ~ 50 K时，磁矩继续向面外方向倾斜。在$T$ ~ 1.5 K时，自旋几乎沿$c$轴对齐，在临界场$B_c$上方发生自旋重取向，产生垂直于由场方向和$c$轴定义的平面的自旋分量。我们建议，温度和磁场驱动的自旋重取向与磁晶各向异性，这是强烈耦合到晶格自由度的变化。该研究阐明了长期以来对Sr $_4$ Ru $_3$ O $_{10}$零场磁序的困惑，并为场致变磁转变的本质提供了新的见解.
英文摘要：
Sr$_4$Ru$_3$O$_{10}$, the $n$ = 3 member of the Ruddlesden-Popper type ruthenate Sr$_{n+1}$Ru$_n$O$_{3n+1}$, is known to exhibit a peculiar metamagnetic transition in an in-plane magnetic field. However, the nature of both the temperature- and field-dependent phase transitions remains as a topic of debate. Here, we have investigated the magnetic transitions of Sr$_4$Ru$_3$O$_{10}$ via single-crystal neutron diffraction measurements. At zero field, we find that the system undergoes a ferromagnetic transition with both in-plane and out-of-plane magnetic components at $T_{c}$ ~ 100 K. Below $T^{*}$ ~ 50 K, the magnetic moments incline continuously toward the out-of-plane direction. At $T$ ~ 1.5 K, where the spins are nearly aligned along the $c$ axis, a spin reorientation occurs above a critical field $B_c$, giving rise to a spin component perpendicular to the plane defined by the field direction and the $c$ axis. We suggest that both the temperature- and field-driven spin reorientations are associated with a change in the magnetocrystalline anisotropy, which is strongly coupled to the lattice degrees of freedom. This study elucidates the long-standing puzzles on the zero-field magnetic orders of Sr$_4$Ru$_3$O$_{10}$ and provides new insights into the nature of the field-induced metamagnetic transition.
Electronic Structure and Magnetism of the Triple-layered Ruthenate Sr$_{4}$Ru$_{3}$O$_{10}$
我们报告的电子能带结构计算锶$_{4}$钌$_{3}$ O $_{10}$，显示铁磁性和变磁性的行为。密度泛函计算发现，Ru的基态是铁磁的，与实验结果一致，同时发现，在Ru的4d态中加入库仑-哈伯德相互作用U对费米面有显著的影响，揭示了库仑相互作用和关联多体物理的作用.少数自旋带主要是空的，费米面在远离$Γ$点的布里渊区的外部区域，带向上急剧分散。大多数自旋带被完全或几乎完全占据，并在$Γ$点附近的费米能附近形成窄带，这可能是变磁性的电子起源。结果与最近的角分辨光电子能谱（ARPES）实验定性一致，并表明需要结合理论研究和实验ARPES调查更好的能量分辨率，以揭示接近费米能级的窄带的性质，这是理解在这种材料中观察到的奇异磁性的关键。
Spin waves and spin-state transitions in a ruthenate high-temperature antiferromagnet
钌化合物在从氧化物电子学到催化的材料研究中发挥着重要作用，并作为基本概念的平台，如自旋三重态超导性，Kitaev自旋液体和粒子物理学中希格斯模式的固态类似物。然而，关于双烯酸盐的电子结构的基本问题仍然没有答案，因为几个关键参数（包括洪德规则、自旋轨道和交换相互作用）在大小上是可比的，并且它们之间的相互作用知之甚少-部分原因是难以合成用于光谱实验的相当大的单晶。在这里，我们介绍了一种共振非弹性X射线散射（RIXS）技术能够探测集体模式的$4d$电子材料的微晶。我们提出了一套全面的数据，在蜂窝状反铁磁体SrRu $_{2}$ O $_{6}$，它具有异常高的Néel温度的自旋波和自旋态转变。新的RIXS方法提供了新的洞察SrRu $_{2}$ O $_{6}$的非常规磁性，并使一大类$4d$过渡金属化合物的动量分辨光谱。
Magnetic anisotropic pinning and symmetric breaking induced by interfacial coupling in topological-like ruthenate superlattices
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
