Adv。Mater。中科院物理所靳常青望贤成团队

　　新型准一维材料quasi-1D materials，是材料科学领域的重要研究方向之一。铁涡序(Ferrotoroidicorder)，是新型铁性有序，其环向磁矩Toroidal moment，可由磁矩头尾排列而产生，与此同时，打破了时间和空间反演的对称性(图1)。目前理论上业已提出，一维二聚化反铁磁Antiferromagnetic (AFM)类自旋链，可以呈现铁磁性，并且仅由两个反平行自旋组成的环形磁矩，但是实验实现，仍极具挑战性。
　　近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件物理重点实验室 靳常青、望贤成团队Jun Zhang一作，联合物理所禹日成和沈希、龙有文、英国伦敦大学W.Wu，以及卢瑟福阿普尔顿实验室D. T. Adroja，德国马克斯普朗克物理化学所Z.W.Hu等研究人员在Advanced Materials上发文，报道实验制成了这种自旋链理论模型的Ba6Cr2S10的铁磁环候选物。该结构由沿c轴独特的二聚化共面CrS6八面体链组成。在 10K时，类反铁磁AFM有序破坏了空间和时间反演对称性，并且mm′2′磁点群，Ba6Cr2S10存在三种铁性有序：反铁磁有序、铁电有序和铁磁环形有序。这项研究表明，Ba6Cr2S10是一种罕见的具有准一维自旋链的铁磁环，该新型材料可以作为进一步探索铁磁环物理和应用的新起点。
　　A Ferrotoroidic Candidate with Well-Separated Spin Chains
　　一种良好分离的自旋链的铁磁环候选物
　　图1、铁涡序(左上)、铁电序(右上)、铁磁序(左下)和铁弹序(右下)四种基本铁性有序相变及时空对称破缺。
　　图2、磁矩首尾相接构成铁涡矩,a）沿圆环面流动电流产生铁涡矩；b-d）6、4和3个磁矩构成铁涡矩；e-f）由2个磁矩构成的方向相反的铁涡矩。g）自旋均匀排列的反铁磁链，其空间和时间反演对称性均未破缺，不存在铁涡性。h）自旋结构二聚化且反铁磁排列的自旋链，理论预测的一维铁涡链模型。
　　图3 Ba6Cr2S10 新材料表征。
　　图4：Ba6Cr2S10 材料性能检测。
　　图5：a) Ba6Cr2S10晶体结构中二聚化CrS6自旋链,b）Ba6Cr2S10磁结构,c）电极化实验测量。
　　该项研究，在高压条件下发现了一种新材料Ba6Cr2S10，其晶体结构是二聚化CrS6八面体链组成，表现出强烈的一维结构特征。自旋序在 10K时形成，并且自旋被限制在ab平面内，沿着链反铁磁性耦合，估计每个Cr3+的有序态磁矩为1.03（9）μB。这些研究结果表明，在Ba6Cr2S10自旋链中，自旋是交替间隔和反平行排列的，因此，Ba6Cr2S10是一个罕见的准一维铁磁环实例，其中环向磁矩仅由两个反平行自旋组成。更重要的是，MM′2′磁点群，实现了反铁磁、铁电体和铁磁环三种铁性顺序，这为进一步研究铁磁环性质提供了最新机会。
　　文献链接：https://doi.org/10.1002/adma.202106728
　　本文译自Advanced Materials。