BaMn$_2$P$_2$：具有最高磁有序温度的 122-磷族元素化合物

我们报告了 ThCr$_2$Si$_2$ 型四方 BaMn$_2$ P$_2$ 高质量单晶的生长，并研究了其结构、电输运、热学和磁学性质。我们的基面电阻率和热容测量结果表明，该化合物具有带小带隙的绝缘基态。各向异性磁化率 $\chi_{ab,c}(T)$ 数据推断，在有序温度 $T_{\rm N} = 795(15)$~K 以下存在共线局域矩 Néel 型反铁磁（AFM）基态，这是迄今为止报道的所有 ThCr$_2$Si$_2$ 型和 CaAl$_2$Si$_2$ 型 122-磷族元素化合物中最高的，表明该材料中的磁交换相互作用强度最强。BaMn$_2$$Pn_{2}$（$Pn$ = P, As, Sb, Bi）化合物的磁转变温度随四方晶胞参数 $a$ 和 $c$ 的增加而单调降低，表明决定性磁交换相互作用的强度强烈依赖于驻留在 Mn 离子上的局域自旋之间的间距。观察到的 $T > T_{\rm N}$ 时 $\chi_{ab}$ 和 $\chi_{c}$ 的单调增加表明，短程动态准二维 AFM 关联在 $T_{\rm N}$ 以上持续存在，直至测量的最高温度。BaMn$_2$ P$_2$ 的高 $T_{\rm N}$ 要求对该材料进行系统的空穴掺杂研究，因为对相关 BaMn$_2$As$_2$（$T_{\rm N} = 618$~K）的类似研究已导致发现了一种出色的基态，其中局域 Mn 自旋的 AFM 与源于掺杂空穴的 $T_{\rm c} \approx 100$~K 的巡游半金属铁磁性共存。