单晶准-2D 蜂状磁体 YbI$_3$ 中的 atypical 反铁磁有序

本文研究 YbI$_3$,一种准-2D 层状材料,其中 Yb 原子排列在理想的 edge-sharing YbI$_6$ 八面体网络上,类似于 $\alpha-$RuCl$_3$ 的低温相。从 Yb 和 I 作为起始前体,采用蒸气运输技术生长了高品质的 YbI$_3$ 单晶。通过单晶 x 射线衍射、拉曼光谱、磁化和热容探针对所生长的晶体进行表征。Yb$^{3+}$ 在 YbI$_3$ 中的晶场分裂的基态为一个良好隔离的 Kramers 双极子,有效磁矩为 $\rm J_{eff} = 1/2$。随着温度降低,YbI$_3$ 的低温热容显示在 $\rm T_1 = 0.95$~K 处有一个宽峰,表明 Yb 磁矩呈短程有序;随后在 $\rm T_2 = T_N = 0.6$~K 处出现尖锐峰,表明出现长程有序。磁行为表现为弱各向异性,其中 $\chi^\parallel > \chi^\perp$,$\chi^\parallel$ 和 $\chi^\perp$ 分别指平面内 ($H \parallel ab$) 和平面外 ($H \perp ab$) 磁化率。2~K 等温磁化饱和值为 $\rm \approx~1.5~\mu_B/Yb^{3+}$ (平面内) 和 $\rm \approx~1~\mu_B/Yb^{3+}$ (平面外),表明各向异性为易平面型。在 $T_N$ 以下的低温热容发现其随 T 的变化呈 $T^\alpha$ 形式,其中 $\alpha~\approx~2.5$,表明 YbI$_3$ 可能处于一种非常规的磁性基态。