六角晶格材料Na2IrO3单晶中的反铁磁Mott绝缘态

我们合成了Na$_2$IrO$_3$单晶，并使用粉末X射线衍射(PXRD)、电阻率、等温磁化强度$M$与磁场$H$的关系、磁化率$\chi$与温度$T$的关系以及热容$C$与温度$T$的关系测量，研究了其结构、输运、磁性和热学性质。Na$_2$IrO$_3$结晶为单斜$C2/c$（第15号）型结构，该结构由沿$c$轴交替堆叠的Na层和NaIr$_2$O$_6$层构成。$\chi(T)$数据显示在高温$T > 200$K时具有居里-外斯行为，有效磁矩$\mu_{eff} = 1.82(1) \mu_B$，表明Ir$^{4+}$磁矩上的有效自旋$S_{eff} = 1/2$。大的外斯温度$\theta = -116(3)$K表明这些$S_{eff} = 1/2$的Ir$^{4+}$磁矩之间存在显著的反铁磁相互作用。$\chi(T)$和$C(T)$数据中的尖锐异常表明Na$_2$IrO$_3$在$T_N = 15$ K以下经历相变进入长程反铁磁有序态。$T_N$处的磁熵仅为$S_{eff} = 1/2$磁矩有序预期值的约20%。减小的熵和较小的比值$T_N/\theta \approx 0.13$表明Na$_2$IrO$_3$中存在几何磁阻挫和/或低维磁相互作用。面内电阻率测量显示绝缘行为。这连同局域矩磁性表明块体Na$_2$IrO$_3$是一种Mott绝缘体。