TbCoO$_3$ 和 DyCoO$_3$ 的非共线磁结构

本文通过中子衍射技术研究了具有非磁性低自旋态 Co$^{3+}$ 的正交钙钛矿 TbCoO$_3$ 和 DyCoO$_3$，温度低至 0.25 K。证据表明分别在 $T_N=3.3$ K 和 3.6 K 以下发生磁有序，其有序排列属于倾斜型，按 Bertaut 记号法，TbCoO$_3$ 为 A$_x$G$_y$，DyCoO$_3$ 为 G$_x$A$_y$。实验结果与位于 $Pbnm$ 结构中 $C_s$ 点对称性位点上的 Tb$^{3+}$ 和 Dy$^{3+}$ 离子的晶体场及磁性的第一性原理计算进行了对比。这两种离子均表现出 Ising 行为，该行为源于最低能级，特别是非 Kramers Tb$^{3+}$ ($4f^8$ 构型) 的偶然二重态和 Kramers Dy$^{3+}$ ($4f^9$) 的基态 Kramers 二重态，这也是导致非共线反铁磁 (AFM) 结构的实际原因。实验与理论发现非常好的一致性。作为对比，文中还包括了对其他含 Kramers 离子系统 NdCoO$_3$ 和 SmCoO$_3$ 的晶体场和磁性计算。