高熵氧化物中的轨道自由度

近年来，高熵氧化物中的自旋、电荷和晶格自由度及其相互作用得到了深入研究。然而，高熵氧化物中的极端无序如何影响轨道自由度尚未被研究。在本文中，以钙钛矿结构的 \textit{R}VO$_3$ 作为材料平台，我们报道了在稀土位混合不同稀土离子所产生的无序如何影响 V$^{3+}$ t$_{2g}$ 电子的轨道有序。由于 \textit{R}VO$_3$ 的每个成员都结晶为相同的正交 \textit{Pbnm} 结构，构型熵对于 (\textit{R}$_1$,...,\textit{R}$_n$)VO$_3$ 的成功合成不应是关键因素。我们通过测量单晶的磁性和比热研究了自旋与轨道有序。决定 (\textit{R}$_1$,...,\textit{R}$_n$)VO$_3$ 中自旋和轨道有序的关键因素并非稀土离子的数量和类型，而是平均离子半径和尺寸方差。当尺寸方差较小时，平均离子半径在决定自旋和轨道有序方面占优先地位。增大尺寸方差抑制了 G 型轨道有序和 C 型磁有序，但有利于 C-OO/G-AF 态和自旋-轨道纠缠。这些发现表明，在高熵钙钛矿中混合多种稀土离子引入的极端无序可能被用来将轨道自由度保持到接近磁有序温度，而这是 Kugel-Khomskii 化合物中电子驱动轨道有序所必需的。