$\alpha$-RuCl$_3$的单斜晶体结构及之字形反铁磁基态
强关联电子
2015-12-16 v2
摘要
层状蜂窝磁体 alpha-RuCl3 已被提出作为实现 Kitaev 自旋模型的候选材料，该模型在自旋轨道纠缠的 jeff=1/2 Ru4+ 磁矩之间具有强阻挫、键依赖的各向异性相互作用。在此，我们报道了利用未孪晶晶体上的 X 射线衍射结合结构弛豫计算对三维晶体结构进行的详细研究。我们考虑了蜂窝层堆叠的几种模型，发现了具有单斜晶胞的晶体结构证据，该晶胞对应于具有单向面内偏移的层堆叠，并伴随偶尔的面内滑动层错，这与当前假定的三方晶系三层堆叠周期性相反。我们报道了针对单斜结构的电子能带结构计算，其发现一旦计入自旋轨道耦合与电子关联，jeff=1/2 图像适用性便得到支持。我们提出，单斜晶胞中沿对称性不等价键的各向异性交换大小差异，可提供一个自然机制来解释粉末非弹性中子散射中观测到的自旋能隙，而基于三重对称三方结构的自旋模型在线性自旋波理论中预测的是无能隙谱。我们对粉末和堆叠晶体进行的磁化率测量以及中子粉末衍射均显示出一个在 TN ~ 13K 的单一磁相变。对中子数据的分析提供了蜂窝层内存在之字形磁有序且层间为反铁磁堆叠的证据。在高达 60T 脉冲场中对堆叠单晶进行的磁化测量显示，面内场在约 8T 处出现单一相变，随后逐渐渐近地接近磁化饱和，这是强各向异性交换相互作用的特征。
引用
@article{arxiv.1509.02670,
title = {The monoclinic crystal structure of $\alpha$-RuCl$_3$ and the zigzag antiferromagnetic ground state},
author = {R. D. Johnson and S. Williams and A. A. Haghighirad and J. Singleton and V. Zapf and P. Manuel and I. I. Mazin and Y. Li and H. O. Jeschke and R. Valenti and R. Coldea},
journal= {arXiv preprint arXiv:1509.02670},
year = {2015}
}
备注
13 pages, 9 figures, published in Physical Review B