具有铁磁跖的量子自旋梯子：Bi$_2$CuO$_3$(SO$_4$)

我们将 Bi$_2$CuO$_3$(SO$_4$) 引入为具有铁磁跖相互作用的稀有自旋梯子磁性材料。通过测量热容、温度依赖磁导率及场依赖磁化率，以及电子自旋共振光谱，对其磁响应进行了研究。实验结果通过密度泛函理论计算结合最大局部 Wannier 函数的构建以及相关超交换路径分析得到补充。量子蒙特卡罗模拟用于模型化热力学性质，定量确定磁交换参数。我们的综合方法确定 Bi$_2$CuO$_3$(SO$_4$) 为具有铁磁跖 ($J'$ $\approx -208$ K) 和反铁磁腿 ($J$ $\approx 258$ K) 的两腿自旋梯子系统。这些相互作用大小相近，却源于截然不同的超交换路径：沿腿部的 Cu--Cu 距离几乎是沿跖部距离的两倍。反铁磁腿耦合代表迄今为止在 Cu$^{2+}$ 化合物中报道的最强的氧中介长程超交换，为量子磁性材料中复杂超交换路径的作用提供了基准。