自旋-1 卡戈梅磁体 BaNi$_3$(AsO$_4$)$_2$(OH)$_2$ 中的三分之一磁化平台

我们研究了 BaNi$_3$(AsO$_4$)$_2$(OH)$_2$ 的结构和磁性性质，重点关注其自旋-1 卡戈梅晶格以及铁磁性和反铁磁性相互作用的复杂共存。粉末 X 射线衍射分析证实了高度结晶的三方结构。详细的 Rietveld 精修确定了一个单一的晶体学 Ni 位点，表明了完美的卡戈梅晶格。磁化率测量表明以铁磁相互作用为主，其有效磁矩与 Ni$^{2+}$ 自旋一致，但系统在 5.8 K 的 Néel 温度下经历反铁磁有序。等温磁化测量揭示了一系列变磁转变，最终在接近总饱和磁化强度三分之一的区域形成平台状相。相边界分析表明，反铁磁相在每个卡戈梅层中支持相当大的净磁化强度，与三分之一平台的磁化强度相当。这一观察结果挑战了通常为卡戈梅反铁磁体所假设的常规模型——即 120$^\circ$ 基态转变为 up-up-down 构型。相反，我们的结果表明，零场基态和场诱导相均表现出卡戈梅晶格上的面内亚铁磁自旋排列，变磁转变对应于从层间反铁磁排列的净磁化强度到铁磁排列的净磁化强度的转变。这种构型由键阻挫所稳定，即一种竞争性相互作用网络，可以同时支持铁磁和反铁磁耦合，凸显了阻挫在调控自旋-1 卡戈梅系统低温磁性行为中的关键作用。