Quantum-disordered magnetism and tunable ground states in rare-earth hexaaluminates RE MgAl₁₁O₁₉

Abstract

Tato disertační práce zkoumá, jakým způsobem krystalové elektrické pole (CEF), charakter Kramersových a non-Kramersových iontů, výměnné interakce a geometrická frustrace společně vedou k odlišným neuspořádaným magnetickým základním stavům v rodině hexaaluminátů vzácných zemin RE MgAl11O19. V magnetoplumbitové struktuře tvoří ionty vzácných zemin trojúhelníkové vrstvy oddělené nemagnetickými bloky Mg/Al- O, čímž vzniká společná kvazidvourozměrná frustrovaná mříž, na níž výběr iontu vzácné zeminy výrazně přetváří nízkoteplotní magnetický projev. Práce se soustředí na čtyři reprezentativní sloučeniny - PrMgAl11O19, NdMgAl11O19, SmMgAl11O19 a GdMgAl11O19 - studované převážně prostřednictvím anizotropní mag- netizace na monokrystalu, magnetické susceptibility, měrné tepelné kapacity, analýzy entropie a, v případě non-Kramersového systému, mionové spinové relaxace (µSR). Tato měření odhalují napříč celou rodinou postupný přechod od indukovaného kvan- tového magnetismu v non-Kramersovém systému kvazi-dubletu přes slabě interagující Kramersovy magnety až po téměř ideální paramagnetický limit prostého spinu. PrMgAl11O19 představuje non-Kramersový systém s J = 4, v němž nízkoenergetické singletové hladiny krystalového pole tvoří efektivní kvazi-dublet se silnou Isingovou anizotropií. Magnetická měrná tepelná...