Un liquide de spin est un état particulier de la matière qui apparaît dans certains matériaux magnétiques à très basse température. Malgré son nom, il n'a rien à voir avec les liquides au sens courant du terme. Normalement, dans un aimant, ces spins électroniques aiment s'aligner dans un ordre particulier.
Mais dans un liquide de spin, en raison de l’étrangeté de la mécanique quantique, les spins sont frustrés et refusent de s’installer selon un schéma régulier, même à des températures très froides. L’absence de paramètres d’ordre classiques rend difficile l’identification à l’aide d’une seule technique. La disponibilité de gros monocristaux permet des études détaillées telles que l'anisotropie magnétique et les excitations magnétiques sondées par diffusion inélastique des neutrons.
Récemment, une étude publiée dans Materials Futures ont rapporté la synthèse réussie de monocristaux centimétriques de PrMgAl11 O19 , un nouveau candidat liquide de spin basé sur le réseau triangulaire.
Dans cet article, les auteurs ont utilisé la technique de zone flottante optique à haute pression pour produire un PrMgAl11 de haute qualité. O19 monocristal, qui est isostructural à son composé frère PrZnAl11 O19 cela a été suggéré comme candidat liquide de spin Dirac.
La synthèse d'un monocristal permet une caractérisation détaillée de la structure à l'aide de mesures de diffraction des rayons X sur un monocristal. Un affinement minutieux révèle une présence d'environ 7 % de troubles au Pr 3+ site. Il s'agit d'une information importante car pour des composés similaires tels que YbMgGaO4 , le désordre de site entre Mg et Ga conduit le système dans un état de verre de spin.
Cependant, les mesures magnétiques et thermodynamiques sur PrMgAl11 O19 indiquent l'absence d'ordre magnétique à longue portée et le gel du spin jusqu'à 50 mK, bien qu'avec une grande interaction spin-spin, ~ -8 K.
Les mesures de magnétisation, de champ électrique cristallin (CEF) et de résonance de spin électronique (ESR) indiquent en outre une anisotropie d'Ising avec les moments pointant vers le plan triangulaire. Alors que le modèle de Heisenberg sur le réseau triangulaire conduit généralement à un état magnétiquement ordonné, le modèle d'Ising peut aboutir à un état liquide de spin macroscopiquement dégénéré.
Ceci a été proposé pour TmMgGaO4 et NdTa7 O19 par exemple. Cependant, le premier présente un état d’ordre partiel inférieur à 0, 7 K et le manque de gros monocristal pour le second entrave la poursuite des études. Ainsi, la disponibilité de gros monocristaux pour PrMgAl11 O19 offre une opportunité prometteuse d'étudier en profondeur le modèle triangulaire d'Ising
Ces dernières années, on a réalisé que le désordre pouvait conduire à des phases exotiques telles que des états aléatoires de type spin-liquide. Comprendre le rôle du désordre est aussi difficile que de produire des cristaux idéaux. Dans cette étude, le désordre se produit au sein du sous-réseau magnétique triangulaire, contrairement à YbMgGaO4 où le désordre se situe sur le site non magnétique.
La substitution de Pr par un autre élément des terres rares peut entraîner différents degrés de désordre au niveau du site magnétique. Cela offre un moyen contrôlable de manipuler le désordre. La substitution d'ions de terres rares modifiera également le caractère de spin local, fournissant un autre paramètre de réglage du magnétisme.
Avec de gros monocristaux et de nombreuses substitutions chimiques disponibles, cette voie de recherche est prometteuse pour découvrir des matériaux aux propriétés diverses telles que la supraconductivité, les phénomènes quantiques émergents et les textures de spin exotiques.
Plus d'informations : Yantao Cao et al, Synthèse, désordre et anisotropie d'Ising dans un nouveau candidat liquide de spin PrMgAl11O19, Matériaux Futures (2024). DOI :10.1088/2752-5724/ad4a93
Fourni par le laboratoire de matériaux du lac Songshan
