三角晶格过渡金属磷酸盐的结构、磁性和磁热性质

自旋超固态候选物 Na$_2$BaCo(PO$_4$)$_2$ 的最近发现激发了对三角晶格过渡金属磷酸盐的大量研究兴趣。这里我们报告了多晶 Na$_2$$A$$T$(PO$_4$)$_2$ ($A$ = Ba, Sr; $T$ = Co, Ni, Mn) 的结构、磁性和磁热性质的全面研究。X射线和中子衍射测量证实 Na$_2$Ba$T$(PO$_4$)$_2$ (NB$T$P) 结晶为三角结构，而 Na$_2$Sr$T$(PO$_4$)$_2$ (NS$T$P) 形成单斜结构，$T^{2+}$ 离子的三角网络有轻微畸变。直流磁化数据显示所有六种化合物在 2 K 以下反铁磁有序，且 NS$T$P 的奈尔温度一致高于 NB$T$P（$T$ = Co, Ni, Mn），这是由于单斜畸变释放了几何阻挫。进一步的磁热测量表明，与单斜 NS$T$P 相比，三角 NB$T$P 在准绝热退磁过程中可以达到更低的温度，因此在磁制冷中表现出更好的性能。我们的发现突出了三角过渡金属磷酸盐的优异磁热性能，并揭示了实现超低温的优良磁冷却剂的两个必要成分：完美的几何阻挫晶格和与磁离子相关的小有效自旋数。