新型钙钛矿变体Ba3 CoSn2 O9 的磁性基态研究：面心立方晶格中的部分无序反铁磁态

研究人员针对钙钛矿变体材料中几何阻挫与量子涨落导致的磁有序难题，通过化学压力调控合成了面心立方(FCC)结构的Ba3 CoSn2 O9>。研究发现非磁性Sn4+ 部分占据Co2+ 位点可消除三角晶格(TL)中S=1/2自旋的阻挫效应，在40 K下实现部分无序反铁磁态(PDA)，为三维阻挫磁体设计提供了新思路。

　　

在凝聚态物理领域，具有几何阻挫的量子磁体一直是研究热点。传统六方相(6H)钙钛矿如Ba₃
CoSb₂
O₉
因三角晶格(TL)中自旋S=1/2的强量子涨落和阻挫效应，常呈现复杂的磁有序或自旋液体态。然而，通过化学压力诱导结构相变获得的面心立方(FCC)相材料，其三维磁相互作用机制尚不明确。印度理工学院马德拉斯分校的研究团队在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表研究，通过Sn⁴⁺
掺杂调控离子半径，成功合成FCC结构的Ba₃
CoSn₂
O₉
，揭示了非磁性掺杂对TL系统磁基态的重构机制。

研究采用固态反应法合成样品，结合X射线衍射(XRD)和同步辐射表征晶体结构，通过PPMS(物理性质测量系统)进行磁学测量，并利用第一性原理计算验证电子结构。

晶体和电子结构
Rietveld精修证实材料结晶于Fm³
?m空间群，Sn⁴⁺
随机占据4a位点的Co²⁺
位置（占据率25%）。这种部分占据破坏了TL的完整阻挫网络，如图7(a)所示。

现象学模型
理论模型表明，S=0的Sn⁴⁺
作为淬火无序(quench disorder)移除了约2/3格点的自旋关联，剩余S=1/2的Co²⁺
在40 K形成PDA态。该态兼具长程反铁磁序（波矢k=(1/2,1/2,1/2)）与局部无序特征。

结论
这项工作首次在FCC钙钛矿中观察到PDA态，证明化学压力可有效调控TL系统的磁基态。非磁性掺杂策略为设计新型阻挫磁体提供了新途径，其三维自旋关联机制对理解量子自旋液体等奇异态具有重要启示。研究还发现，与传统6H相不同，FCC结构中TL的堆垛方式导致阻挫能量尺度降低，这可能成为未来探索拓扑磁振子的理想平台。