准一维自旋链化合物 Ca?CoIrO? 中的磁场可调部分无序反铁磁性、簇玻璃自旋动力学及大交换偏置效应

《Physical Review B》：Field-tunable partially disordered antiferromagnetism, cluster glass spin dynamics, and large exchange bias in the quasi-one-dimensional spin-chain compound C a 3 ? C o I r O 6

　　

我们利用X射线和中子衍射、直流与交流磁化率、比热、电阻率、拉曼光谱以及极化-电场测量，对准一维自旋链化合物Ca?CoIrO?（CCIO）进行了全面研究。结果表明，在T?≈100 K以下，部分无序反铁磁（PDA）关联逐渐建立；随后在T?≈30 K以下，无序自旋组分发生冻结。交流磁化率和磁弛豫测量表明在中间温度区间存在缓慢的自旋动力学，而低温态在零场冷却和有场冷却条件下均表现出显著的交换偏置效应。在磁场（?30 kOe）下，磁化率和磁比热中均观测到由磁场诱导的反常行为，这归因于PDA框架内磁无序链分量的重新取向。拉曼光谱揭示在T?以下出现额外的光谱特征，同时主导的IrO?伸缩模式出现反常，表明存在与磁关联发展相关的自旋-晶格耦合。中子衍射未检测到晶体学相变，而极化-电场测量揭示了一种依赖于温度的从介电行为向电阻行为的转变，该转变与磁相演化密切相关。这些结果确立CCIO为一个受挫准一维系统，其中几何受挫、自旋-轨道耦合和低维度性协同作用，共同产生了一种场可调的PDA态，具有耦合的磁响应与晶格响应。