混合价态钴氧硼酸盐 Co$_3$O$_2$BO$_3$ 中自旋态有序化与中间态的自旋交叉现象

自旋态有序化——即具有不同自旋态构型的离子沿晶格呈周期性排列——是一种罕见现象，其与其他电子自由度的可能相互关系仍鲜有探索。本文对混合价态 Co 同金属 ludwigite 矿 Co$_2^{2+}$Co$^{3+}$O$_2$BO$_3$ 进行了结构研究。在 $T_{4}=580$ K 与 $T_{3}=510$ K 之间，观察到与长程 Co$^{3+}$ 自旋态有序化一致的超结构。在 $T_{3}$ 以下直至 $T_{1}=480$ K 检测到具有介观关联的中间态，并在 $T_{2}=495$ K 处发生维度变化。电阻在 $T_1$ 和 $T_2$ 处的突变揭示了自旋态关联与电荷扇区的联系。$T_{1}$ 以下结构参数的演化表明，自旋交叉由适度程度的热致 Co$^{2+}$/Co$^{3+}$ 电荷无序所触发。在混合价态自旋交叉材料中，电荷与自旋态自由度可以相互关联，导致涉及介观尺度中间自旋态/电荷关联态的急剧转变。