轨道简并体系 Sr$_2$VO$_4$ 中的结构异常和短程磁关联

我们结合使用同步辐射 X 射线衍射（SR-XRD）和 μ 子自旋旋转/弛豫（$\mu$SR）技术，研究了层状钙钛矿钒氧化物 Sr$_2$VO$_4$ 的电子基态，其中 $\mu$SR 测量扩展至 30 mK。我们在 $T_{\rm c2} \sim$~130 K 和 $T_{\rm c1} \sim$~100 K 之间发现了一个中间正交相，而四方相出现在 $T > T_{\rm c2}$ 和 $T < T_{\rm c1}$ 的区域。在 $T_{\rm c1}$ 以下的重入四方相中，$\mu$SR 确认了长程磁有序的缺失，同时观察到 $c$ 轴长度相对于 $a$ 轴长度的相对增强。然而，在 $T_{\rm c1}$ 以下，SR-XRD 并未观察到四方晶格对称性降低并伴随超晶格调制的明确迹象，而这种调制是 $d_{yz}$ 和 $d_{zx}$ 轨道形成超结构的轨道有序态所预期的。相反，从 $\mu$SR 推断，在 $T_{\rm c0} \sim$~10 K 以下形成了一种磁性态，其特征是高度不均匀且涨落的局域磁场，直至 30 mK。我们认为 $T_{\rm c0}$ 以下的异常磁基态源于铁磁和反铁磁关联的共存。