Tb$_3$Ga$_5$O$_{12}$ 中的磁序与单离子各向异性

铽镓石榴石（TGG），Tb$_3$Ga$_5$O$_{12}$，以其激光光学应用而著称，但也表现出尚未完全理解的复杂低温磁性。其低温磁序通过飞行时间中子粉末衍射确定。发现它是一种多轴反铁磁体，磁性 Tb$^{3+}$ 离子形成六个子晶格，磁矩平行和反平行于立方晶胞的 $\langle100\rangle$ 结晶学方向排列。该结构在 Tb$^{3+}$ 位点的局域正交环境中相对于二重对称轴表现出强易轴各向异性。单离子基态流形内的晶体场分裂通过粉末样品的非弹性中子散射研究。观测到准双重态基态的强温度依赖性，并给出了晶体场哈密顿量的修正参数。块体磁化率和磁化测量的结果与基于晶体场模型的值在低至 20~K 时良好吻合，此处观测到磁关联的开始。