华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心
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欧阳钟文教授团队在120T破坏性强磁场下自旋链的研究上取得新进展

发布日期:2022-11-11    作者:     来源:     点击:

(通讯员 曹娇娇)11月9日,《物理评论B》(Physical Review B)在线刊发了国家脉冲强磁场科学中心欧阳钟文课题组题为“Unusual dimerization and magnetization plateaus in S=1 skew chain Ni2V2Oobserved at 120T”(S=1斜交链Ni2V2O7中的二聚化和磁化平台:120T磁场研究)的论文。中心博士生曹娇娇为论文第一作者,中心欧阳钟文教授、王俊峰研究员和日本东京大学固体物理研究所Yasuhiro H. Matsuda教授为论文共同通讯作者。

图中,(a)为“二聚体+单体”模型,(b)为局域坐标轴(x,y,z)和三个t2g轨道(dxy,dyz,dzx),(c)为在4.5K时测到的超高场M(H)曲线和对应的斜率,(d)为精确对角化和量子蒙特卡洛模拟的M(H)曲线。

维度降低和团簇化物理重燃了人们对量子磁体的兴趣。Ni2V2O7在结构上是一个交替的斜交链,但磁学上该体系既呈现出经典的三维反铁磁有序,也表现出量子效应——宽的1/2磁化平台。有关1/2平台的起源一直没有得到合理的解释。该研究利用120T(破坏性)的超高磁场,研究了Ni2V2O7的磁化过程,除了之前发现的1/2磁化平台之外,还观察到一个新的、磁场范围更宽的3/4磁化平台。新平台的出现及其解释带来了新的挑战。首先,我们进行了系统的密度泛函理论计算,考虑了七个独立的交换相互作用。计算结果表明,链间最近邻交换相互作用远大于链内最近邻和其他次近邻相互作用。通过Ni-d态的分轨道态密度,我们阐述了链间二聚化是由Ni-d轨道在特定方向上的重叠引起的。基于密度泛函理论计算得到的结果,我们提出了“二聚体+单体”模型,用精确对角化和量子蒙特卡洛方法模拟了高场磁化过程,结果与实验数据吻合。因此,1/2平台起源于弱耦合的Ni2单体,而3/4平台起源于强耦合的Ni1二聚体。我们进一步提出了可能的超固态的存在。自旋链中的强二聚体化现象比较少见,这方面的实验发现有望引起相关理论研究。

该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目的支持。

论文链接:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.106.184409