量子杂质自旋对锯齿状与线性自旋链磁性质的影响

我们研究了在Cu$^{2+}$位点轻掺杂（$\leq 1\%$）Zn$^{2+}$（$S = 0$）、Co$^{2+}$（$S =1/2$）和Ni$^{2+}$（$S = 1$）杂质所诱导的量子杂质存在下，自旋链化合物SrCuO$_{2}$（锯齿链）和Sr$_{2}$CuO$_{3}$（线性链）的磁基态和低能激发。我们表明基态和低能激发的性质（即有能隙或无能隙）取决于缺陷的自旋态和对称性。对于Ni掺杂链观察到自旋能隙，而对于Zn和Co掺杂激发保持无能隙。Co掺杂链表现出磁有序，其临界温度相比原始化合物显著升高。在1\% Co杂质的具体情况下，线性链在11 K以下呈现长程有序，而锯齿链的特征是在6 K以下具有准长程有序相，其沿晶轴\textit{a}和\textit{c}的关联长度分别约为12\textit{a}和40\textit{c}单位。这两种具有可比拟链内与链间耦合的化合物的不同磁行为印证了锯齿链中自旋阻挫的作用。