三角晶格反铁磁体Sr$_3$Co(Nb,Ta)$_2$O$_9$中的双重磁转变与奇异场诱导相

合成了两种具有Co$^{2+}$有效$j_{\rm eff}=1/2$的三角晶格反铁磁体Sr$_3$Co(Nb,Ta)$_2$O$_9$，并通过磁化与热容测量研究了其磁性质。估计其面内主导反铁磁交换耦合分别为$J/k_{\rm B} \simeq 4.7$ K和5.8 K。两种化合物均在低温下呈现两步磁转变[分别为($T_{\rm N1} \simeq 1.47$ K和$T_{\rm N2} \simeq 1.22$ K)与($T_{\rm N1} \simeq 0.88$ K和$T_{\rm N2} \simeq 0.67$ K)]，由弱易轴各向异性驱动。在磁场下Sr$_3$CoNb$_2$O$_9$在$1/3$磁化处显现平台。有趣的是，Sr$_3$CoTa$_2$O$_9$的高场磁化揭示了一个奇异区间(介于$H_{\rm S1}$与$H_{\rm S2}$之间)，位于完全极化态之下，其中低温热容由幂律($C_{\rm p} \propto T^{\alpha}$)主导，且约化指数$\alpha \simeq 2$。这些结果表明在强阻挫磁体Sr$_3$CoTa$_2$O$_9$中存在具有无能隙激发的奇异场诱导态。文中讨论了两种化合物的完整$T-H$相图。