准二维反铁磁体掺锌焦钒酸铜的磁结构与自旋动力学

在粉末和单晶样品上深入研究了反铁磁体 Zn$_{0.15}$Cu$_{1.85}$V$_2$O$_7$（ZnCVO）的磁性质。利用粉末 X 射线和中子衍射的晶体结构测定确认，Zn = 0.15 的 ZnCVO 与 $\beta$-Cu$_{2}$V$_2$O$_7$（$\beta$-CVO）同构，晶格参数仅有微小偏差。宏观磁性质测量也证实了这两种化合物的相似性。发现 Cu$^{2+}$ 自旋沿结晶学 $c$ 轴排列，与由主导交换相互作用 $J_1$ 连接的近邻反平行。自旋动力学揭示了典型的对称自旋波色散，在 $bc$ 面内相互作用强而面间耦合弱。交换相互作用分析表明，ZnCVO 的自旋网络与先前的 DFT 预测在拓扑上一致，但主导交换相互作用的值相矛盾。此外，与预测的二维蜂窝结构不同，ZnCVO 中的自旋网络可更好地由各向异性二维自旋网络描述，该网络由 $J_1$、$J_5$ 和 $J_6$ 相互作用组成，每个自旋位点四条键，由弱面间相互作用耦合。