超氧化铯的晶体与磁结构

CsO2 是碱金属超氧化物族（化学式 AO2，A = Na、K、Rb、Cs）的一员，该族因 O2- 分子上未填满的 $p$ 壳层电子而表现出磁性。我们利用中子衍射解析了 CsO2 的晶体与磁结构，并观察到从室温冷却至 1.6 K 过程中的一系列复杂结构。其中包括在中等温度下沿结构 a 轴的不 commensurate 调制，随后锁定为 commensurate 调制，使晶胞相对于先前假定的正交晶胞加倍。在不 commensurate 与 commensurate 相中，我们的结构解均涉及铯离子位置沿 b 轴的错排，这与其他碱金属超氧化物的研究不同，后者观察到的是 O2- 二聚体相对于 c 轴的错排倾斜。在 T ~ 10 K 以下，我们观察到源于反铁磁有序结构的磁布拉格反射，其波矢为 k = (0,0,0)（相对于加倍的晶体学晶胞），磁矩主要沿 b 轴，并带有沿 a 轴的小分量，暗示可能的各向异性交换耦合（与晶体结构一致）。在施加磁场下对磁布拉格反射的测量表明，在 2 T 至 4 T 之间发生了自旋翻转跃迁，磁矩可能翻转到沿晶体学 a 轴方向。我们的测量表明，CsO2 是磁性质与晶体结构内在关联的一个有趣例子：铯离子的错排位移激活了反对称交换，从而允许观察到自旋倾斜。