Un líquido de espín es un estado especial de la materia que surge en ciertos materiales magnéticos a temperaturas muy bajas. A pesar de su nombre, no tiene nada que ver con líquidos en el sentido cotidiano. Normalmente, en un imán, a estos espines de electrones les gusta alinearse en un orden particular.
Pero en un líquido de espín, debido a la extrañeza de la mecánica cuántica, los espines se frustran y se niegan a establecerse en un patrón regular, incluso a temperaturas muy frías. La ausencia de parámetros de orden clásicos hace que sea difícil identificarlos mediante una única técnica. La disponibilidad de monocristales grandes permite estudios detallados como la anisotropía magnética y las excitaciones magnéticas investigadas por dispersión inelástica de neutrones.
Recientemente, un estudio publicado en Materials Futures informó sobre la síntesis exitosa de monocristales de tamaño centimétrico de PrMgAl11 O19 , un nuevo candidato a espín líquido basado en la red triangular.
En este artículo, los autores utilizaron la técnica de zona flotante óptica de alta presión para producir PrMgAl11 de alta calidad. O19 monocristal, que es isoestructural a su compuesto hermano PrZnAl11 O19 que se ha sugerido como candidato a líquido de centrifugado de Dirac.
La síntesis de un monocristal permite una caracterización detallada de la estructura mediante mediciones de difracción de rayos X de un monocristal. Un refinamiento cuidadoso revela una presencia de aproximadamente un 7% de desorden en el nivel Pr 3+ sitio. Esta es información importante ya que para compuestos similares como YbMgGaO4 , el desorden del sitio entre Mg y Ga lleva al sistema a un estado de vidrio giratorio.
Sin embargo, las mediciones magnéticas y termodinámicas en PrMgAl11 O19 indican la ausencia de orden magnético de largo alcance y la congelación del espín hasta 50 mK, aunque con una gran interacción espín-espín, ~ -8 K.
Las mediciones de magnetización, campo eléctrico cristalino (CEF) y resonancia de espín electrónico (ESR) indican además una anisotropía de Ising con los momentos apuntando hacia afuera del plano triangular. Mientras que el modelo de Heisenberg en la red triangular generalmente conduce a un estado ordenado magnéticamente, el modelo de Ising puede resultar en un estado líquido de espín macroscópicamente degenerado.
Esto ha sido propuesto para TmMgGaO4 y NdTa7 O19 por ejemplo. Sin embargo, el primero muestra un estado de orden parcial por debajo de 0,7 K, y la falta de un monocristal grande para el segundo dificulta estudios adicionales. Por lo tanto, la disponibilidad de monocristales grandes para PrMgAl11 O19 ofrece una oportunidad prometedora para investigar en profundidad el modelo triangular de Ising
En los últimos años, se ha descubierto que el desorden puede conducir a fases exóticas, como estados singletes aleatorios similares a los de un espín líquido. Comprender el papel del desorden es tan desafiante como producir cristales ideales. En este estudio, el desorden ocurre dentro de la subred magnética triangular, a diferencia del YbMgGaO4 donde el desorden está en el sitio no magnético.
La sustitución de Pr por otro elemento de tierras raras puede dar como resultado diferentes grados de desorden en el sitio magnético. Esto ofrece una forma controlable de manipular el desorden. La sustitución de iones de tierras raras también alterará el carácter del espín local, proporcionando otro parámetro de sintonización para el magnetismo.
Con grandes monocristales y numerosas sustituciones químicas disponibles, esta vía de investigación es prometedora para descubrir materiales con diversas propiedades como superconductividad, fenómenos cuánticos emergentes y texturas de espín exóticas.
Más información: Yantao Cao et al, Síntesis, desorden y anisotropía de Ising en un nuevo candidato a líquido de espín PrMgAl11O19, Materials Futures (2024). DOI:10.1088/2752-5724/ad4a93
Proporcionado por el Laboratorio de Materiales del Lago Songshan
