Emergent magnetic behaviour in the frustrated Yb$_3$Ga$_5$O$_{12}$ garnet
Lise Orduk Sandberg, Richard Edberg, Kasper S. Pedersen, Monica Ciomaga Hatnean, Geetha Balakrishnan, Lucile Mangin-Thro, Andrew Wildes, B. Fak, Georg Ehlers, G… 展开作者
Lise Orduk Sandberg, Richard Edberg, Kasper S. Pedersen, Monica Ciomaga Hatnean, Geetha Balakrishnan, Lucile Mangin-Thro, Andrew Wildes, B. Fak, Georg Ehlers, Gabriele Sala, Patrik Henelius, Kim Lefmann, Pascale P. Deen
本文报道了用中子散射、磁化率和Monte Carlo理论分析验证Yb $_3$ Ga $_5$ O $_{12}$单晶的磁结构和自旋-自旋关联的短程性质。验证了Yb $_3$ Ga $_5$ O $_{12}$中Yb $^{3+}$的量子自旋态。TPDMATHABMQ 0.4K的量子自旋组织成一个短程的紧急导向态，来自各向异性和近邻交换。在$0.18 < D < 0.21$ K范围内，我们导出了近邻交换作用$0.6\; {\rm K} < J_1 < 0.7\; {\rm K}, J_2 = 0.12$ ~K的大小和偶极交换作用$D$的大小.广泛的实验数据集的某些方面可以使用具有铁磁近邻自旋-自旋相关性的$J_1D$模型来建模，而数据的其他方面可以使用具有反铁磁近邻自旋-自旋相关性的$J_1J_2D$模型来准确地再现。因此，虽然我们没有量化所有相关的交换相互作用，但我们仍然提供了一个强大的基础，为理解所需的复杂的哈密顿量，以充分描述的磁性状态的Yb $_3$ Ga $_5$ O $_{12}$。
英文摘要：
We report neutron scattering, magnetic susceptibility and Monte Carlo theoretical analysis to verify the short range nature of the magnetic structure and spin-spin correlations in a Yb$_3$Ga$_5$O$_{12}$ single crystal. The quantum spin state of Yb$^{3+}$ in Yb$_3$Ga$_5$O$_{12}$ is verified. The quantum spins organise into a short ranged emergent director state for T $<$ 0.4 K derived from anisotropy and near neighbour exchange. We derive the magnitude of the near neighbour exchange interactions $0.6\; {\rm K} < J_1 < 0.7\; {\rm K}, J_2 = 0.12$~K and the magnitude of the dipolar exchange interaction, $D$, in the range $0.18 < D < 0.21$ K. Certain aspects of the broad experimental dataset can be modelled using a $J_1D$ model with ferromagnetic near neighbour spin-spin correlations while other aspects of the data can be accurately reproduced using a $J_1J_2D$ model with antiferromagnetic near neighbour spin-spin correlation. As such, although we do not quantify all the relevant exchange interactions we nevertheless provide a strong basis for the understanding of the complex Hamiltonian required to fully describe the magnetic state of Yb$_3$Ga$_5$O$_{12}$.
Juxtaposition of Spin Freezing and Long Range Order in a Series of Geometrically Frustrated Antiferromagnetic Gadolinium Garnets
在零磁场中测量了一系列几何阻挫反铁磁海森堡石榴石系统的比热。测量Gd 3Ga 5 O 12，生长与同位素纯Gd，同意与以前的结果与自然丰富的Gd样品，显示没有订购功能。与此相反，Gd 3 Te 2Li 3 O 12和Gd 3Al 5 O 12样品分别在243 mK和175 mK处表现出明显的有序转变。通过用非磁性的Y ~（3+）稀释Gd ~（3+），研究了低能级无序的影响。一个彻底的结构表征，使用X-射线衍射，进行所有的样品研究。我们讨论了在非常相似的系统中这种不同行为的可能解释。
Double magnetic transition, complex field-induced phases, and large magnetocaloric effect in the frustrated garnet compound Mn$_{3}$Cr$_{2}$Ge$_{3}$O$_{12}$
Emergent Spin Supersolids in Frustrated Quantum Materials
RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（理化学研究所新兴物质科学中心）；RIKEN Center for Computational Science (R-CCS)（理化学研究所计算科学中心）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；RIKEN Pioneering Research Institute (PRI)（理化学研究所先锋研究 institute）；Advanced Science Research Center, Japan Atomic Energy Agency（日本原子能机构先进科学研究中心）
Sensitivity of magnetic properties to chemical pressure in lanthanide garnets $Ln_3A_2X_3\text{O}_{12}$, $Ln$ = Gd, Tb, Dy, Ho, $A$ = Ga, Sc, In, Te, $X$ = Ga, Al, Li
本文系统地研究了三维阻挫镧系石榴石$Ln_3A_2X_3\text{O}_{12}$，$Ln$ = Gd，Tb，Dy，Ho，$A$ = Ga，Sc，In，Te，$X$ = Ga，Al，Li的结构和磁性。具有$Ln$ = Gd的石榴石显示出与各向同性Gd $^{3+}$自旋一致的磁行为;对于T $\geq$ 0.4 K，没有观察到磁有序。在0.4 < T < 2.5 K的温度范围内，$Ln$ = Tb，Dy，Ho的石榴石具有磁有序特征，但不同的$Ln$以及不同的$A$和$X$组合的磁有序性质不同。磁行为的变化可以通过调节磁相互作用和单离子各向异性的变化来解释。从等温磁化强度测量中评估磁熵的变化，以确定这些材料中的磁热效应。在Gd石榴石中，在2 K，9 T的磁场下，观察到Gd $_3$ Sc $_2$ Ga $_3$ O $_{12}$的每摩尔磁熵的最大变化（15.45 J K $^{-1}$ mol $_{\text{Gd}}^{-1}$）。DyPDMATHABMU Ga $_5$ O $_{12}$作为磁热材料的性能优于其它具有$Ln$ = Tb，Dy，Ho的石榴石。
Emergent spin-$1$ Haldane gap and ferroelectricity in a frustrated spin-$1/2$ ladder
我们报告的实验和理论证据表明，Rb $_2$ Cu $_2$ Mo $_3$ O $_{12}$有一个四聚体基态的两条腿的梯子，包括反铁磁耦合阻挫自旋$1/2$链，并表现出一个Haldle自旋间隙出现自旋1对。在非弹性中子散射和电子自旋共振谱中，通过Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用从自旋-1三重态分裂出三个自旋激发。微小的磁场在不关闭自旋能隙的情况下产生铁电性，表明由矢量自旋手征序诱导的一类新型铁电性。
Antiferromagnetism and Ising Ground States in the Rare-earth Garnet Nd$_3$Ga$_5$O$_{12}$
本文通过磁化强度、比热和磁热效应的测量，详细研究了稀土石榴石化合物Nd $_3$ Ga $_5$ O $_{12}$的低温磁性。磁热性质和晶场计算结果表明，Nd $^{3+}$离子形成了一个由三角形连接的受抑超kagome晶格，具有类Ising基态，易磁化轴沿局域[100]，[010]和[001]方向。在$T_{\mathrm{N}}=0.52~\rm K$下面发现反铁磁有序态，而不是量子自旋液体基态。在[111]方向上施加磁场，在$B_{\mathrm{c}}=0.75~\rm T$的临界场处，反铁磁有序被抑制，在临界点附近观察到具有线性交叉行为的临界涨落增强。
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）
Topological spin freezing in frustrated quantum materials
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Quantum Centre of Excellence for Diamond and Emergent Materials, Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院钻石与新兴材料卓越量子中心）
Multiferroic FeTe$_2$O$_5$Br: Alternating spin chains with frustrated interchain interactions
结合密度泛函理论计算，多体模型的考虑，磁化和电子自旋共振测量表明，多铁性FeTe $_2$ O $_5$ Br应被描述为一个系统的交替反铁磁$S=5/2$链与强Fe-O-Te-O-Fe桥弱耦合的二维阻挫相互作用，而不是以前报道的四聚体模型。无公度磁矢量的特殊温度依赖性可以用链间交换收缩对出现的净电极化的强度负责来解释。
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。
Possible valence-bond condensation in the frustrated cluster magnet LiZn2Mo3O8
从简单的成分中出现复杂的电子行为导致了许多物质状态的发现。在表现出几何磁阻挫的系统中发现了许多例子，这阻止了所有磁相互作用的同时满足。这种挫折产生了复杂的磁性，如手性自旋结构轨道驱动的磁性，自旋冰行为表现出狄拉克弦与磁单极，价键固体和自旋液体。在这里，我们报告的合成和表征LiZn 2 Mo 3 O 8，几何阻挫反铁磁体中的磁矩是本地化的小过渡金属簇，而不是个别离子。通过这样做，一阶Jahn-Teller不稳定性和轨道排序被阻止，允许在LiZn 2 Mo 3 O 8中的强相互作用的磁性团簇可能引起一个奇特的凝聚价键基态，让人想起所提出的共振价键态。我们的研究结果还将集群上的磁性与扩展固体中的几何磁性挫折联系起来，展示了一种新的方法，可以在寻找集体，紧急电子状态的物质时实现无与伦比的化学控制和可调性。
Crystal fields and magnetic structure of the Ising antiferromagnet Er$_3$Ga$_5$O$_{12}$
稀土石榴石是一个令人兴奋的游乐场研究的异国情调的磁性挫折hyperkagome晶格。在这里，我们提出了一个全面的研究石榴石的单离子和集体磁性的ErPDMATHABMM Ga $_5$ O $_{12}$。利用非弹性中子散射，我们发现Er $^{3+}$的晶体场基态偶极子沿[100]轴具有强的Ising各向异性。磁化率和热容测量提供了$T_N$ ~ $=$ ~0.8~K的长程磁有序的证据，并且在通过有序转变冷却时没有发现剩余熵的证据。中子粉末衍射表明，基态自旋配置对应于六个子晶格，伊辛反铁磁态（$Γ_3$）常见的许多稀土石榴石。然而，我们还发现，$μ$ SR似乎是不敏感的顺序在这种材料中，其中观察到的低温弛豫平台，没有自发μ子进动的证据。组合的μ子和中子的结果可能是一个相对较长的相关时间的动态基态的指示。尽管这种潜在的复杂性，我们的工作表明，Er $_3$ Ga $_5$ O $_{12}$是一个很好的模型系统，用于研究复杂的变磁性预期的多轴反铁磁体。
