Anisotropia e possível estado líquido de spin em PrMgAl11 O19 . Crédito:Dr. Hanjie Guo, Laboratório de Materiais do Lago Songshan Um líquido de spin é um estado especial da matéria que surge em certos materiais magnéticos a temperaturas muito baixas. Apesar do nome, não tem nada a ver com líquidos no sentido cotidiano. Normalmente, em um ímã, esses giros de elétrons gostam de se alinhar em uma ordem específica.
Mas num líquido de spin, devido à estranheza da mecânica quântica, os spins ficam frustrados e recusam-se a estabelecer um padrão regular, mesmo a temperaturas muito baixas. A ausência de parâmetros de ordem clássicos torna difícil a identificação usando uma única técnica. A disponibilidade de grandes monocristais permite estudos detalhados, como anisotropia magnética e excitações magnéticas sondadas por espalhamento inelástico de nêutrons.
Recentemente, um estudo publicado na Materials Futures relataram a síntese bem-sucedida de monocristais de tamanho centimétrico de PrMgAl11 O19 , um novo candidato a líquido de spin baseado na rede triangular.
Neste artigo, os autores usaram a técnica de zona flutuante óptica de alta pressão para produzir um PrMgAl11 de alta qualidade O19 cristal único, que é isoestrutural ao seu composto irmão PrZnAl11 O19 que foi sugerido como candidato a líquido de spin de Dirac.
A síntese de um único cristal permite uma caracterização detalhada da estrutura usando medições de difração de raios X de cristal único. Um refinamento cuidadoso revela a presença de aproximadamente 7% de desordem no Pr
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site. Esta é uma informação importante, pois para compostos semelhantes como YbMgGaO4 , a desordem local entre Mg e Ga leva o sistema a um estado de vidro de spin.
No entanto, medições magnéticas e termodinâmicas em PrMgAl11 O19 indicam a ausência de ordem magnética de longo alcance e congelamento de spin até 50 mK, embora com uma grande interação spin-spin, ~ -8 K.
As medições de magnetização, campo elétrico cristalino (CEF) e ressonância de spin eletrônico (ESR) indicam ainda uma anisotropia de Ising com os momentos apontando para fora do plano triangular. Enquanto o modelo de Heisenberg na rede triangular geralmente leva a um estado magneticamente ordenado, o modelo de Ising pode resultar em um estado líquido de spin macroscopicamente degenerado.
Isto foi proposto para TmMgGaO4 e NdTa7 O19 por exemplo. No entanto, o primeiro mostra um estado de ordem parcial abaixo de 0,7 K, e a falta de um único cristal grande para o último dificulta estudos adicionais. Assim, a disponibilidade de grandes monocristais para PrMgAl11 O19 fornece uma oportunidade promissora para investigar em profundidade o modelo triangular de Ising
Nos últimos anos, percebeu-se que a desordem pode levar a fases exóticas, como estados singleto aleatórios semelhantes a spin-líquido. Compreender o papel da desordem é tão desafiador quanto produzir cristais ideais. Neste estudo, a desordem ocorre dentro da sub-rede magnética triangular, ao contrário de YbMgGaO4 onde a desordem está no local não magnético.
A substituição de Pr por outro elemento de terras raras pode resultar em diferentes graus de desordem no sítio magnético. Isso oferece uma maneira controlável de manipular a desordem. A substituição de íons de terras raras também alterará o caráter de spin local, fornecendo outro parâmetro de ajuste para o magnetismo.
Com grandes monocristais e numerosas substituições químicas disponíveis, esta via de pesquisa é promissora para a descoberta de materiais com diversas propriedades, como supercondutividade, fenômenos quânticos emergentes e texturas de spin exóticas.
