BaV$_3$O$_8$中的自旋链磁性与均匀 Dzyaloshinsky-Moriya 各向异性

我们报道了自旋 -1/2 磁体 BaV$_3$O$_8$的微观磁性模型。与早期的唯象分析不同，我们的密度泛函能带结构计算结合量子蒙特卡洛模拟，建立了一个相对简单且无挫败的弱耦合自旋链模型，其链内耦合为$J\sim$38 K，Néel 温度为$T_N\sim$6 K，两者均与实验结果高度吻合。自旋 -1/2 的 V$^{+4}$离子之间的链内耦合通过两个连续的 V$^{+5}$O$_4$四面体发生，形成了延伸的超交换路径，V$^{+4}$--V$^{+4}$距离为 7.44 A。令人惊讶的是，由于磁性 V$^{+4}$离子与非磁性但具有低能$3d$态（有助于超交换过程）的 V$^{+5}$离子之间相互作用轨道的特殊性，该路径优于更短的 V$^{+4}$--V$^{+4}$连接。我们还注意到，BaV$_3$O$_8$的晶体结构支持在自旋 -1/2 链上长期寻求的均匀 Dzyaloshinsky-Moriya (DM) 耦合排列。虽然我们的计算仅得出 BaV$_3$O$_8$中存在微弱的 DM 各向异性，但该化合物的晶体结构为在钒酸盐家族的其他化合物中寻找具有均匀 DM 各向异性的自旋链提供了合适的框架。