Spin-orbit coupling control of anisotropy, ground state and frustration in 5d2 Sr2MgOsO6

In dieser Arbeit wird der Einfluss der Spin-Bahn-Kopplung (SOC) auf die physikalischen Eigenschaften des 5d²-Systems Sr₂MgOsO₆ durch eine Kombination von Magnetometrie, spezifischen Wärmemessungen, elastischer und inelastischer Neutronenstreuung und Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen untersucht. Obwohl ein signifikanter Grad an Frustration erwartet wird, finden wir, dass Sr₂MgOsO₆ in einer antiferromagnetischen Struktur des Typs I bei der bemerkenswert hohen Temperatur von 108 K ordnet. Die Messungen erlauben die erste genaue Quantifizierung der Größe des magnetischen Momentes in einem 5d²-System von 0,60 μB - ein signifikant reduziertes Moment im Vergleich zum erwarteten Wert für 5d² Systeme. Darüber hinaus wird eine signifikante Anisotropie über eine Spin-Anregungslücke identifiziert; diese wird durch First-Principle-Rechnungen bestätigt. Darüber hinaus zeigen diese Rechnungen,  dass SOC sowohl die magnetokristalline Anisotropie bestimmt als auch auch eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung sowohl des Grundzustands als auch der Größe des lokalen Moments in dieser Verbindung spielt. Durch Vergleich mit Sr₂ScOsO₆ wird gezeigt, dass die SOC-induzierte Anisotropie die Fähigkeit hat, Frustration in 5d²-Systemen im Vergleich zu ihren 5d³-Pendants auf zu heben, was eine Erklärung für die hohe Neel-Temperatur in Sr₂MgOsO₆ liefert.

R. Morrow, A. E. Taylor, D. J. Singh, J. Xiong, S. Rodan, A. U. B. Wolter, S. Wurmehl,
B. Büchner, M. B. Stone, A. I. Kolesnikov, Adam A. Aczel, A. D. Christianson,
P. M. Woodward

Scientific Reports 6,  32462 (2016)

http://www.nature.com/articles/srep32462