具有正交自旋二聚体的自旋轨道耦合 $J_{\rm eff}= 1/2$ 钴基金属-有机框架磁体的无序基态

我们呈现了一种基于 Co$^{2+}$ 的强自旋轨道耦合量子二聚体磁体的磁性。金属-有机框架化合物 Co$_2$(BDC)$_2$(DPTTZ)$_2$$\cdot$DMF 具有近乎彼此正交排列的 Co$^{2+}$ 二聚体，类似于 Shastry-Sutherland 晶格。我们基于磁化与热容实验的评估表明，低温下的磁性可由有效的 $J_{\rm eff} = 1/2$ Kramers 双重态描述，且基态为具有微小自旋能隙的单重态。尽管磁化率可用各向同性二聚体内耦合 $J_0/k_{\rm B} \simeq 7.6$ K 的相互作用二聚体模型分析，该模型未能重现等温磁化曲线与热容数据的形状。具有各向异性交换耦合 $J_{xy} \simeq 3.5$ K 和 $J_{z} \simeq 11$ K 的孤立自旋二聚体模型对低温下的磁化率、等温磁化曲线与热容数据提供了恰当描述。有趣的是，在能隙闭合的临界场附近低至 100~mK 未检测到场诱导量子相变，表明不存在三重子的玻色-爱因斯坦凝聚，并确立了具有可忽略二聚体间耦合的孤立二聚体。