自旋液体是一种特殊的物质状态，在极低温度下在某些磁性材料中出现。尽管它的名字如此，但它与日常意义上的液体没有任何关系。通常，在磁铁中，这些电子自旋倾向于按特定顺序排列。

但在自旋液体中，由于量子力学的奇异性，即使在极低的温度下，自旋也会受阻，无法稳定形成规则的模式。由于缺乏经典序参数，使用单一技术很难识别。大型单晶的出现使人们能够进行详细的研究，例如通过非弹性中子散射探测磁各向异性和磁激发。

最近，发表在《材料未来》上的一项研究报告成功合成了厘米大小的PrMgAl11O19单晶，这是一种基于三角晶格的新型自旋液体候选材料。

在本文中，作者采用高压光浮区技术生产了高质量的PrMgAl11O19单晶，该单晶与其姊妹化合物PrZnAl11O19同结构，被认为是狄拉克自旋液体的候选者。

单晶的合成使得使用单晶X射线衍射测量能够详细表征结构。仔细细化后发现Pr3+位点存在约7%的无序性。这是重要的信息，因为对于类似化合物(例如YbMgGaO4)，Mg和Ga之间的位点无序性会驱使系统进入自旋玻璃态。

然而，对PrMgAl11O19的磁学和热力学测量表明，尽管具有较大的自旋-自旋相互作用(~-8K)，但不存在长程磁序，自旋冻结温度低至50mK。

磁化、晶体电场(CEF)和电子自旋共振(ESR)测量进一步表明伊辛各向异性，其矩指向三角平面之外。虽然三角晶格上的海森堡模型通常会导致磁有序状态，但伊辛模型可能导致宏观退化的自旋液体状态。

例如，TmMgGaO4和NdTa7O19就提出了这种假设。然而，前者在0.7K以下表现出偏序状态，而后者缺乏大单晶阻碍了进一步的研究。因此，PrMgAl11O19的大单晶的出现为深入研究三角伊辛模型提供了一个有希望的机会

近年来，人们意识到无序可能导致奇异相，例如自旋液体状随机单重态。了解无序的作用与生产理想晶体一样具有挑战性。在本研究中，无序发生在三角磁性亚晶格内，而YbMgGaO4的无序发生在非磁性位置。

用另一种稀土元素替代Pr可能会导致磁性位点出现不同程度的无序。这提供了一种可控的方法来操纵无序。替代稀土离子也会改变局部自旋特性，为磁性提供另一个调节参数。

由于存在大型单晶和多种化学替代品，这一研究途径有望发现具有超导性、新兴量子现象和奇异自旋纹理等多种特性的材料。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：