Ising 型反铁磁体 DyScO$_3$ 的磁基态

我们报道了 DyScO$_3$ 钙钛矿的低温磁性质，该性质通过单晶与粉末中子散射以及磁化强度测量来表征。在 $T_{\mathrm{N}}=3.15$ K 以下，Dy$^{3+}$ 磁矩形成反铁磁结构，其磁化易轴位于 $ab$ 平面内。磁矩相对于 $b$ 轴倾斜约 $\pm{28}^{\circ}$ 角。我们表明，Dy$^{3+}$ 的基态 Kramers 双重态主要由 $|\pm 15/2\rangle$ 本征矢组成，并通过晶体场与位于 $E_1=24.9$ meV 的第一激发态充分分离。这导致了极端的 Ising 单离子各向异性，$M_{\perp}/M_{\|}\sim{0.05}$。与 $M^{2}_{\perp}/M^{2}_{\|}$ 成正比的横向磁涨落被抑制，仅允许沿局部 Ising 方向的磁矩涨落。我们还发现，沿晶体学 $c$ 轴的 Dy-Dy 偶极相互作用比面内相互作用大 2-4 倍。