$\alpha$-KVOPO$_4$ 中铁磁自旋二聚体的量子磁性

通过热力学测量、$^{31}$P 核磁共振（NMR）、中子衍射和密度泛函能带结构计算，研究了自旋-$\frac12$ $\alpha$-KVOPO$_4$ 的磁性。$\theta_{\rm CW}\simeq 15.9$ K 的铁磁居里-外斯温度和 $\mu_0H_s\simeq 11.3$ T 的饱和场表明，以铁磁耦合为主，并辅以较弱的反铁磁交换，导致在零场下 5 K 以下出现短程有序，以及 $T_{\rm N}\simeq 2.7$ K 以下出现长程反铁磁有序。具有传播矢量 $\mathbf k=(0,\frac12,0)$ 且在 1.5 K 时有序磁矩为 0.58 $\mu_B$ 的磁结构，揭示了一个非平庸的自旋晶格，其中强铁磁二聚体以反铁磁方式耦合。相对于经典值（1 $\mu_{\rm B}$）的有序磁矩减小，表明尽管以铁磁交换为主，该体系中仍存在可观的量子涨落。我们将这种铁磁倾向解释为源于 VO$_6$ 八面体折叠链中的有效轨道序。