受阻自旋链化合物 $\beta$-TeVO$_4$ 中的磁各向异性

本文报道了受阻自旋链化合物 $\beta$-TeVO$_4$ 的各向同性与各向异性磁行为。利用磁化、热容和磁致伸缩测量，在沿不同晶体学方向施加磁场的情况下，追踪了零磁场中观察到的三个磁相变。对于沿 $a$ 或 $b$ 方向以及沿 $c$ 方向施加的磁场，在 10 T 以下获得了定性不同的温度-磁场相图。相比之下，在 18 T 以上出现近乎各向同性的高场相，并持续至约 22.5 T 处的饱和。在低场冷却时，朝向自旋密度波和条纹相的 $T_{\rm N1}$ 和 $T_{\rm N2}$ 相变为二级相变，而朝向螺旋态的 $T_{\rm N3}$ 相变为一级相变并伴随晶格分量。我们的微观分析确定了受阻的 $J_1-J_2$ 自旋链，其在 $bc$ 面内具有可观的反铁磁链间耦合，以及沿 $a$ 方向的铁磁耦合。这些铁磁链间耦合与链内螺旋序之间的竞争，构成了实验观察到的沿 $a$ 方向的非公度序的基础。尽管螺旋态由链内 $J_1$ 与 $J_2$ 之间的竞争触发，但由于相互竞争的磁各向异性，螺旋面并非唯一确定。利用高分辨率同步辐射衍射和 $^{125}$Te 核磁共振，我们还证明 $\beta$-TeVO$_4$ 的晶体结构直至 10 K 保持不变，且 V$^{4+}$ 的轨道态得以保留。