Sc$_{2}$Ga$_{2}$CuO$_{7}$：渗流阈值附近的可能量子自旋液体

Sc$_{2}$Ga$_{2}$CuO$_{7}$ (SGCO) 结晶为六角结构（空间群：$P$$6$$_{3}/mmc$），这可以看作是单层和双层三角层的交替堆叠。结合中子、X 射线和共振 X 射线衍射，我们确定单层三角层主要由非磁性 Ga$^{3+}$ 离子占据（85% Ga 和 15% Cu），而双层中具有相当比例的 Cu$^{2+}$ 和 Ga$^{3+}$ 离子（43% Cu 和 57% Ga）。我们在 1.8 - 400 K 温度范围内的磁化率测量未显示任何自旋冻结或磁性长程有序 (LRO) 的迹象。我们推断出有效顺磁矩 $\mu_{eff}=1.79\pm0.09$ $\mu_{B}$ 以及约 $-44$ K 的 Curie-Weiss 温度 $\theta_{CW}$，表明 Cu$^{2+}$($S=1/2$) 离子间存在反铁磁相互作用。低温中子粉末衍射数据未显示在低至 1.5 K 时存在 LRO 的证据。在我们的比热数据中，在 0-140 kOe 场强范围内低至 0.35 K 也未发现异常。磁比热 $C_{m}$ 在约 2.5 K 处表现出宽峰，随后在更低温度下呈现近幂律 $C_{m} \propto T^{\alpha}$ 行为，其中 $\alpha$ 作为场强的函数从 0.3 增加到 1.9（直至 90 kOe），然后在直至 140 kOe 的场强下保持在 1.9。我们的结果指向 SGCO 的无序基态。