自旋梯系统 BaFe$_2$S$_{3-x}$Se$_x$ 在等电子替代下的结构、磁性与电子演化

我们报道了利用X射线衍射、中子衍射、缪子自旋弛豫和电输运测量对一系列 BaFe$_2$S$_{3-x}$Se$_x$ ($0\leq x\leq3$) 单晶与粉末样品的实验研究。在 $x = 0.7\sim 1$ 附近确认了从 Cmcm (BaFe$_2$S$_3$) 到 Pnma (BaFe$_2$Se$_3$) 的结构转变。对 $x$ = 0.2、0.4 和 0.7 样品的中子衍射测量表明，条纹反铁磁序的奈尔温度从 $\sim$120 K 逐渐抑制到 85 K，而有序 Fe$^{2+}$ 磁矩的大小几乎不变。类似地，BaFe$_2$Se$_3$ 中的块状反铁磁序在 $1.5\leq x\leq3$ 范围内保持稳健，有序磁矩变化可忽略，奈尔温度从 250 K ($x=3$) 轻微下降到 225 K ($x=1.5$)。靠近 Cmcm 与 Pnma 边界的 $x=1$ 样品显示出共存、二维、短程的条纹型与块状型反铁磁关联。该系统在所有 $x$ 下均保持绝缘，但热激活能隙在跨越 Cmcm 条纹相到 Pnma 块状相的边界时呈现突增。结果表明，在 BaFe$_2$S$_{3-x}$Se$_x$ 体系中晶体结构、磁序与电子性质强耦合。