自旋1/2线性链铁磁体CuAs$_2$O$_4$的特性表征

本文研究了$S$=1/2量子自旋链铁磁体CuAs$_2$O$_4$（矿物名trippkeite）的磁性与晶格性质。CuAs$_2$O$_4$的晶体结构以存在波纹状CuO$_2$带状链为特征。我们进行了磁化率、热容、电子顺磁共振和Raman光谱的测量。我们的实验确凿地表明，铁磁相变发生在$\sim$7.4 K。$\textit{Ab initio}$ DFT计算揭示了沿带状链存在主导的铁磁最近邻自旋交换相互作用和较弱的反铁磁次近邻自旋交换相互作用。$J_{\rm nn}$/$J_{\rm nnn}$的比值接近-4，使CuAs$_2$O$_4$在$J_{\rm nn}$ - $J_{\rm nnn}$相图中处于量子临界点附近。用于分析磁化率的TMRG模拟证实了这一比值。单晶磁化测量表明，磁各向异性迫使Cu$^{2+}$自旋位于垂直于$c$轴的易平面内。通过修正Arrott图对磁场和温度依赖的磁化强度进行分析，揭示了3d-XY临界行为。通过磁化和Raman光谱，我们映射了由准静水压和温度引起的晶格扰动。