蜂窝晶格Tb2Ir3Ga9中的倾斜反铁磁序与自旋动力学

利用单晶中子衍射、非弹性中子散射、宏观磁化测量和第一性原理计算，我们研究了蜂窝晶格$\rm Tb_2Ir_3Ga_9$的磁性质。虽然低温熵的$R\ln2$磁贡献表明最低能晶体场双重态具有$\rm J_{eff}=1/2$磁矩，但Tb$^{3+}$离子在12.5 K以下形成倾斜反铁磁结构。由于Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，位于$ab$平面内的Tb磁矩朝$b$方向轻微倾斜$6^\circ$，每化学式单位的倾斜磁矩为1.22 $\mu_{\rm B}$。采用最小$xxz$自旋哈密顿量同时拟合高对称方向的自旋波频率以及沿三个晶轴磁化的场依赖关系。需要包含至次近邻的平面内和平面外长程磁相互作用，才能解释观测到的静态和动态性质。Tb磁矩间交换相互作用的$z$分量大于$x$和$y$分量。该化合物还表现出键依赖交换，且平行于和垂直于4$f$轨道的磁矩之间的最近邻交换耦合可忽略。尽管存在$J_{{\rm eff}}=1/2$磁矩，该自旋哈密顿量由大的面内各向异性$K_z \sim -1$ meV主导。DFT计算确认了反铁磁基态以及较大Tb-Tb距离下的显著层间耦合。