混合 3$d$-4$d$ 准一维自旋链氧化物 Sr$_3$NiRhO$_6$ 的磁性基态与激发

在 4$d$ 过渡金属氧化物中，自旋与轨道自由度通过相对论性自旋-轨道耦合发生纠缠，可以产生各种新颖的量子相。Mohapatra 等人 [Phys. Rev. B 75, 214422 (2007)] 此前利用磁化测量对混合 3$d$-4$d$ 准一维自旋链氧化物 Sr$_3$NiRhO$_6$ 进行的研究揭示了低于 50 K 时存在的部分无序反铁磁 (PDA) 结构。我们在此利用缪子自旋旋转与弛豫 ($\mu$SR) 以及中子（弹性与非弹性）散射技术，报道了 Sr$_3$NiRhO$_6$ 的磁性基态与自旋波激发。我们的中子衍射研究表明，在 Sr$_3$NiRhO$_6$ 的磁结构中，Rh$^{4+}$ 和 Ni$^{2+}$ 自旋在自旋链内沿晶轴 $c$ 轴呈铁磁排列。然而，自旋链在 $ab$ 面内呈反铁磁耦合。$\mu$SR 揭示了不对称性-时间谱在 50 K 以下存在振荡，支持长程磁有序基态的存在。我们的非弹性中子散射研究揭示了具有能隙的准一维磁性激发，且能隙与交换相互作用之比较大。观测到的自旋波谱可以很好地用铁磁各向同性交换模型（$J = 3.7$ meV）及 Ni$^{2+}$ 位的单离子各向异性（$D=10$ meV）进行拟合。磁性激发持续至 85 K，远高于约 50 K 的磁有序温度，这也表明了 Sr$_3$NiRhO$_6$ 中磁相互作用的准一维特性。