PbFe$_{1/2}$Nb$_{1/2}$O$_{3}$ 中的快速宽带团簇自旋玻璃动力学

PbFe$_{1/2}$Nb$_{1/2}$O$_{3}$ (PFN) 是一种弛豫铁电体 (T$_{c}$ $\sim$ 400 K)，由无序的磁性 Fe$^{3+}$ (S=${5\over2}$, L$\approx$0) 离子组成，导致低温“团簇玻璃”相 (W. Kleemann $\textit{et al.}$ Phys. Rev. Lett. ${\bf{105}}$, 257202 (2010))。我们应用中子散射研究该相在大单晶中的动态磁性，该单晶显示低温自旋玻璃转变 (T$_{g} \sim$ 15 K)，但无可观的空间长程反铁磁序。在团簇玻璃相中（以我们的分辨率所设定的时间尺度采样）的静态响应被发现其特征为缺乏任何优先方向的平均磁自旋方向。驱动该相的动力学由随温度降低逐渐增大的磁关联长度定义。然而，在 $\sim$ 50 K 以下，空间关联逐渐变得更短程，表明冷却时无序增加，从而解开磁性，直到在 T$_{g}$ $\sim$ 15 K 处低温玻璃相形成。中子谱用于表征团簇玻璃相中的自旋涨落，发现其由 $\sim$ THz 尺度上的宽频带定义，此处称为“快速”涨落。驱动磁涨落的频带宽度模仿关联长度，在 $\sim$ 50 K 前减小，然后再次增大直到玻璃转变。通过研究低能声学声子，我们发现多个不同结构区域的证据，这些区域构成团簇的基础，产生大量局域无序。我们提出，源于团簇间冲突相互作用的随机分子场对于 PFN 中磁序的破坏和团簇玻璃的最终形成十分重要。