量子 XXZ 蜂窝晶格材料 BaCo$_2$(PO$_4$)$_2$ 中的短程有序

我们报道了 S$_{eff}$ = 1/2 化合物 $\gamma$-BaCo$_2$(PO$_4$)$_2$（$\gamma$-BCPO）蜂窝晶格层中具有高度阻挫的准二维（2D）磁关联。比热在 $T_{N1} \sim$ 6 K 和 $T_{N2} \sim$ 3.5 K 处显示出由两个弱扭折特征组成的宽峰，其相对权重可通过样品退火改变。中子粉末衍射测量揭示了在 $T_{N1}$ 和 $T_{N2}$ 以下建立的短程准二维有序，在这两个温度处分别出现了两种互不相容的短程磁有序：关联长度为 $\xi_c = 60\pm2$ \AA \ （$T_{N1}$）的 commensurate 反铁磁关联，以及具有 $\xi_h = 350 \pm 11$ \AA \ （$T_{N2}$）的准二维螺旋畴。交流磁化率响应缺乏频率依赖性，排除了自旋冻结。将 $\gamma$-BCPO 的非弹性中子散射数据与线性自旋波理论进行比较，倾向于 XXZ $J_1$-$J_2$-$J_3$ 模型中具有铁磁最近邻交换 $J_1$ 的两个独立参数区域，两者均靠近高经典简并区域。高能相干激发（$\sim 10$ meV）持续存在至至少 40 K，表明面内强关联在 $T_N$ 以上仍然保持。这些数据表明，$\gamma$-BCPO$是一种罕见的高度阻挫、准二维 S$_{eff}$ = 1/2 蜂窝晶格材料，它抑制了长程磁有序和自旋冻结。