自旋为5/2的反铁磁体 Ba$_2$Mn(PO$_4)_2$ 中的之字形自旋链

基于中子衍射、密度泛函能带结构计算以及磁化强度和比热的温度与磁场依赖测量，报道了以 $S=\frac{5}{2}$ Mn$^{2+}$ 离子构成的受阻之字形链为特征的 Ba$_{2}$Mn(PO$_{4}$)$_{2}$ 反铁磁体的磁性与磁结构。在 $T_N\simeq 5$\,K 处的磁相变标志着反铁磁序的开始，其传播矢量 ${\mathbf k} = (\frac12\, 0\, \frac12)$，在 1.5\,K 时有序磁矩为 $4.33\pm0.08~\mu_B$/Mn$^{2+}$，沿 $c$ 方向。磁矩方向由单离子各向异性决定，与同构的 Ni$^{2+}$ 化合物相比该各向异性相对较弱。几何阻挫对 Ba$_2$Mn(PO$_4)_2$ 的热力学性质有强烈影响，但其阻挫表现不同于 Ba$_2$Ni(PO$_4)_2$，后者各向同性交换耦合引起的阻挫较小，但存在强而相互竞争的单离子各向异性。在约 2.5\,T 处观察到自旋翻转跃迁。通过全面的磁场依赖中子衍射研究，揭示了从基态经自旋翻转态到场极化铁磁态的磁结构演化（在 $T_N$ 以下）。最后，获得了 $H-T$ 平面上的磁相图。