$1/9$ 磁化平台与量子无序态在 Kagome 家族 $\mathrm{Cs_8AB_3Ti_{12}F_{48}}$（$A=\mathrm{Rb},\mathrm{Li}$；$B=\mathrm{K},\mathrm{Na}$）中的普适性
Universality of the $1/9$ Magnetization Plateau and Quantum-Disordered States in the Kagome Family $\mathrm{Cs_8AB_3Ti_{12}F_{48}}$ ($A=\mathrm{Rb},\mathrm{Li}$; $B=\mathrm{K},\mathrm{Na}$)
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本研究通过高场磁化测量和第一性原理计算，发现化学压力可重塑钛基Kagome家族中的分数磁化平台，证明$1/9$平台与$1/3$平台起源不同，且$1/9$平台可能是受挫自旋-1/2 Kagome磁性的普适特征。
中文摘要 AI 辅助
自旋-1/2 Kagome 反铁磁体中低场 $1/9$ 磁化平台的微观起源仍未得到解决。在此，我们表明化学压力重塑了钛基 Kagome 家族 $\mathrm{Cs_8AB_3Ti_{12}F_{48}}$（$A=\mathrm{Rb},\mathrm{Li}$；$B=\mathrm{K},\mathrm{Na}$）中分数磁化平台的层级结构。高达 60 T 的高场磁化测量揭示了在膨胀的 $\mathrm{Cs_8RbK_3Ti_{12}F_{48}}$ 和 $\mathrm{Cs_8LiK_3Ti_{12}F_{48}}$ 化合物中存在稳健的 $1/9$ 平台相，尽管传统上更稳健的 $1/3$ 平台缺失。相比之下，压缩的 $\mathrm{Cs_8LiNa_3Ti_{12}F_{48}}$ 既未表现出 $1/9$ 平台相，也未表现出量子无序基态。比热测量和第一性原理计算表明，晶格膨胀保持了受挫的、完全连接的 Kagome 交换网络和无能隙的量子无序基态，而压缩则将交换网络重组为弱耦合的准一维子系统，并诱导了连续的磁相变。这些结果表明，$1/9$ 和 $1/3$ 平台不一定具有共同的微观起源，并提示 $1/9$ 平台可能代表受挫自旋-1/2 Kagome 磁性中更为普遍的特征。
英文摘要
The microscopic origin of the low-field $1/9$ magnetization plateau in spin-$1/2$ kagome antiferromagnets remains unresolved. Here, we show that chemical pressure reshapes the hierarchy of fractional magnetization plateaus in the titanium-based kagome family $\mathrm{Cs_8AB_3Ti_{12}F_{48}}$ ($A=\mathrm{Rb},\mathrm{Li}$; $B=\mathrm{K},\mathrm{Na}$). High-field magnetization measurements up to 60 T reveal a robust $1/9$ plateau-like phase in the expanded $\mathrm{Cs_8RbK_3Ti_{12}F_{48}}$ and $\mathrm{Cs_8LiK_3Ti_{12}F_{48}}$ compounds, despite the absence of the conventionally more robust $1/3$ plateau. In contrast, compressed $\mathrm{Cs_8LiNa_3Ti_{12}F_{48}}$ exhibits neither the $1/9$ plateau-like phase nor a quantum-disordered ground state. Specific-heat measurements and first-principles calculations show that lattice expansion preserves a frustrated, fully connected kagome exchange network and gapless quantum-disordered ground states, whereas compression reorganizes the exchange network into weakly coupled quasi-one-dimensional subsystems and induces successive magnetic transitions. These results demonstrate that the $1/9$ and $1/3$ plateaus need not share a common microscopic origin and suggest that the $1/9$ plateau may represent a more universal feature of frustrated spin-$1/2$ kagome magnetism.
发表机构
- University of Virginia（弗吉尼亚大学）
- Fudan University（复旦大学）
- The Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
- Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
- Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
- Okayama University（冈山大学）
- Tohoku University（东北大学）
- University of Tokyo（东京大学）
- University of Tsukuba（筑波大学）
- Shimane University（岛根大学）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
