双层Kagome材料Ca$_{10}$Cr$_7$O$_{28}$中抗磁性稀释的稳健自旋液体态

近来，双层Kagome晶格材料Ca$_{10}$Cr$_7$O$_{28}$被证明是一种准二维量子自旋液体（QSL），其阻挫源于双层内竞争的铁磁与反铁磁交换之间的平衡。为理解该平衡被扰动时会发生什么，我们开展了磁性稀释研究。具体地，我们合成了Ca$_{10}$(Cr$_{1-x}$V$_x$)$_7$O$_{28}$（0 $\leq$ x $\leq$ 0.5），其中磁性Cr$^{5+}$（$S = 1/2$）被非磁性V$^{5+}$（$S = 0$）部分替代。我们还合成了完全非磁性的同构材料Ca$_{10}$V$_7$O$_{27.5}$。我们报道了这些材料的详细结构、磁性和热容研究。对于Ca$_{10}$(Cr$_{1-x}$V$_x$)$_7$O$_{28}$材料，晶胞参数随$x$增大而单调增加。部分V替代样品的居里-外斯温度从$4$降至$0.5$ K，降幅达一个数量级，表明随着V含量增加反铁磁交换相对增强。然而，尽管交换相互作用的相对平衡发生了此种变化且引入了大无序，在V替代样品中直至$2$ K仍未观测到磁有序或自旋玻璃态。因此，母化合物的QSL态对这些大扰动似乎出乎意料地稳健。