TiOCl 中自旋 -Peierls 相变与软声子行为的 X 射线散射研究

我们利用单晶 X 射线衍射和非弹性 X 射线散射技术研究了 $S=1/2$ 准一维反铁磁体 TiOCl。Ti 离子形成交错自旋链，在 $T_{c1} = 66$ K 以下发生二聚化，并在 $T_{c1}$ 与 $T_{c2} = 92$ K 之间具有非公度晶格畸变。基于我们对非公度超晶格峰的强度、波矢和谐波的测量，构建了非公度调制模型。结果与孤子晶格模型吻合良好，尽管在 $T_{c2}$ 附近存在一些定量差异。利用能量分辨率约为 2 meV 的非弹性 X 射线散射研究了声子行为。首次观测到在自旋 -Peierls 温度 $T_{sp}$ 处软化的布里渊区边界声子。我们的结果显示，在接近布里渊区边界的波矢和接近 $T_{sp}$ 的温度下，声子动力学与 Cross-Fisher 理论有相当好的定量一致性。然而，并非数据的所有方面都能被描述，例如 $T_{sp}$ 以上软模式的强过阻尼现象。总体而言，我们的结果表明 TiOCl 是自旋 -Peierls 系统的一个良好实现，其中声子软化使我们能够将相变温度确定为 $T_{sp}=T_{c2}=92$ K。