[论文解读] The phase transition between dimerized-antiferromagnetic and uniform-antiferromagnetic phases in impurity-doped spin-Peierls cuprate CuGeO3

Takatsugu Masuda, Atsushi Fujioka+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 1998

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 6

一句话总结

本研究调查了镁掺杂自旋-佩尔斯铜氧化物Cu1−xMgxGeO3中二聚体反铁磁相与均匀反铁磁相之间的的一级相变。随着镁掺杂浓度增加（x ≤ 0.023），自旋-佩尔斯转变温度（TSP）线性下降，而奈尔温度（TN）线性上升，最终在x = 0.023处出现TN的不连续跳跃，且TSP突然消失，表明该相变由相分离驱动，为一级相变。

ABSTRACT

We discovered a first-order phase transition between dimerized-antiferromagnetic and uniform-antiferromagnetic phases in impurity-doped spin-Peierls (SP) cuprate Cu{1-x}MgxGeO3. As impurity concentration increases, linear reduction of SP transition temperature (T{SP}) and linear increase of Neel temperature (TN) are observed up to x = 0.023. At this critical concentration (xc) SP transition suddenly disappears and TN jumps discontinuously. The peak of the susceptibility at xc around TN is not so sharp as those at other concentrations, which indicates the phase separation of low and high concentration phases. These results indicate the existence of the first-order phase transition between dimerized-antiferromagnetic and uniform-antiferromagnetic long-range orders.

研究动机与目标

• 研究镁掺杂对自旋-佩尔斯铜氧化物CuGeO3中磁性与结构相变的影响。
• 确定二聚体反铁磁相与均匀反铁磁相是否共存，或发生突变转变。
• 阐明在临界掺杂浓度x = 0.023处的相变本质。
• 研究TSP与TN随杂质浓度增加的演化行为。

提出的方法

• 通过控制镁掺杂（x最高达0.023）制备单晶Cu1−xMgxGeO3样品。
• 测量温度依赖的磁化率以识别TSP与TN相变。
• 分析磁化率峰的尖锐程度，以检测相共存或不连续性。
• 采用线性拟合追踪TSP随x单调下降与TN随x单调上升的趋势。
• 识别出临界掺杂浓度（xc = 0.023），此时TSP消失且TN发生不连续跳跃。
• 将xc处磁化率峰的展宽解释为低浓度与高浓度相之间相分离的证据。

实验结果

研究问题

• RQ1 在镁掺杂下，CuGeO3中的二聚体反铁磁相向均匀反铁磁相转变是连续的还是第一级相变？
• RQ2 随着镁浓度（x）增加，自旋-佩尔斯转变温度（TSP）与奈尔温度（TN）如何演化？
• RQ3 在临界掺杂浓度x = 0.023处，相变的本质是什么？
• RQ4 在相变点附近，磁化率峰的形状是否提供了相共存的证据？
• RQ5 在x = 0.023处，TN的不连续跳跃与TSP的突然消失是由什么原因引起的？

主要发现

• 自旋-佩尔斯转变温度（TSP）随镁掺杂浓度（x）的增加而线性下降，直至x = 0.023。
• 奈尔温度（TN）随x的增加而线性上升，直至x = 0.023。
• 在x = 0.023处，TSP突然消失，TN出现不连续跳跃。
• 在x = 0.023处，磁化率峰展宽且不如其他浓度时尖锐，表明存在相分离。
• 观察到的行为与二聚体反铁磁相与均匀反铁磁长程有序之间的第一级相变成一致。
• 临界掺杂浓度xc = 0.023标志着两种竞争磁性相之间的明确边界。