外场下量子偶极磁体 Yb$_3$Ga$_5$O$_{12}$ 的自旋动力学

我们在假定的磁相变温度 $T_{\lambda} \approx 54$ mK 以上的顺磁相中研究了镱镓石榴石 Yb$_{3}$Ga$_{5}$O$_{12}$。我们的研究结合了磁化率和比热测量、中子散射实验以及理论计算。在 500 mK 以下，弹性中子响应在动量空间中强烈峰化。与此同时，非弹性谱出现了平展的激发模式。在磁场中，最低能支遵循塞曼移动，与场依赖的比热数据一致。在小磁场中证实了自旋偏离磁场方向的倾斜中间态。在 2 T 的磁场中，总磁化强度几乎饱和，并且仅考虑偶极-偶极相互作用的自旋波计算很好地再现了所测量的激发谱。由磁化率测量得出的小的正居里-外斯温度也可由偶极自旋模型解释。总之，我们的结果表明 Yb$_{3}$Ga$_{5}$O$_{12}$ 是一种量子偶极磁体。