來源 | 合肥物質科學研究院
近期，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心研究員張蕾課題組和華中科技大學教授田召明課題組合作，在銥基雙鈣鈦礦材料La2ZnIrO6中的磁場誘導相變研究中取得新進展。相關研究以
Tricritical phenomenon and H-T phase diagram in a single crystal of the double-perovskite iridate La2ZnIrO6 為題，發表在美國物理學會雜誌《物理評論B》上。La2ZnIrO6是典型的雙鈣鈦礦結構，Zn和Ir離子分別佔據O所形成的八面體中心位置，具有5d電子的Ir原子和具有3d電子的Zn原子分別與氧原子形成共頂點的八面體結構，進而交替嵌套形成雙鈣鈦礦結構。由於La2ZnIrO6具有很強的自旋軌道耦合和豐富的相變，引起了研究人員的廣泛關注和深入研究。在La2ZnIrO6中，由於強的自旋軌道耦合作用，使其表現為有效角動量Jeff=1/2的莫特絕緣體行為。隨著溫度的降低，在零磁場下，La2ZnIrO6在溫度TN~7.5K時發生由順磁到反鐵磁有序的轉變。理論計算表明，La2ZnIrO6的磁基態為A型反鐵磁，即在層內呈鐵磁排列，而層與層之間呈反鐵磁排列。
研究人員對La2ZnIrO6單晶樣品進行了詳細研究。通過對樣品不同晶向和轉角的磁性研究，發現La2ZnIrO6在ab方向是各向同性的，而在c方向具有很強的磁各向異性行為。在零磁場下，La2ZnIrO6表現為A型反鐵磁有序的基態。沿著a或者b方向施加磁場，隨著外磁場強度的增加，A型反鐵磁逐漸演變為傾斜反鐵磁。進一步增大磁場，外磁場破壞反鐵磁有序，從而誘導一個反鐵磁到鐵磁的相變。這一相變不同於磁場對磁有序的極化轉變，而是一個一級的磁相變。而在c方向施加外磁場，沒有發現磁場誘導相變。通過對磁場沿著b方向的磁性行為研究，構建了La2ZnIrO6在相變附近的H-T相圖上。相圖顯示了La2ZnIrO6中在a或者b方向的豐富的相變。在低磁場區域，外磁場使A型反鐵磁（A-AFM）過渡到傾斜反鐵磁（C-AFM）。當磁場增大到一定的閾值，就誘導出了一個反鐵磁到鐵磁的一級相變（AFM-FM）。相圖顯示，在鐵磁相、反鐵磁相和順磁相的交匯處出現三重臨界點（T~8K，H~165Oe）。
該研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、大科學裝置聯合基金等的支持。
文章鏈接：
https://journals.aps.org/prb/pdf/10.1103/PhysRevB.98.054403
圖:（a）La2ZnIrO6的晶體結構、單晶形貌和不同方向的磁化強度；（b）H-T相圖以及三重臨界點行為
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