高温高压光学浮区法单晶炉在量子自旋冰领域应用进展

磁性是在宏观和微观物质世界中都普遍存在的性质之一，从电子到我们赖以生存的地球，人们对磁性的研究和应用无处不在，因此深入研究物质的磁性及其背后的机理一直是凝聚态物理领域的重要研究热点之一。由于奇异的磁性行为往往源于竞争性相互作用。人们在几何受挫体系中已经对此进行了研究，如三角形、笼目、超笼目和烧绿石晶格体系等。其中，在烧绿石晶格上，磁矩位于共顶点四面体网络的节点上，在一定条件下，这样的体系可以进入自旋冰态。处于自旋冰态的两个自旋指向四面体的中心，另外两个自旋背离四面体的中心。一些稀土烧绿石氧化物，如Ho₂Ti₂O₇或Dy₂Ti₂O₇等均已被发现存在自旋冰。

目前理论上已通过晶体场低激发态、多极相互作用等角度来研究量子自旋冰。越来越多的证据表明，含有Ce³⁺的烧绿石（比如Ce₂Sn₂O₇、Ce₂Zr₂O₇等）是3D量子自旋液体的具体实例，值得对类似材料做更深入的研究。Ce₂Hf₂O₇是上述Ce₂Sn₂O₇、Ce₂Zr₂O₇之外的另外一种含Ce³⁺的烧绿石化合物。近期，瑞士保罗谢勒研究所Victor Porée等人报道了Ce₂Hf₂O_7+δ的制备和表征工作，重点关注了四价Ce离子在样品中的浓度情况。作者通过对样品的晶体场分析和磁测量的结果对比详细研究了单离子性质；磁化率数据显示，在Ce₂Hf₂O₇中观察到了跟Ce₂SnO₇类似的磁性行为，表明其可能也是八极量子自旋冰基态。

Victor Porée等人在该项工作中，采用德国ScIDre公司研发的HKZ高温高压光学浮区炉进行了Ce₂Hf₂O₇晶体生长实验。

上述截图引自[1]

上述截图引自[1]

德国ScIDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉可实现高达3000℃甚至及以上的晶体生长温度，晶体生长腔压力可高达300 bar，可实现10^-5mbar的高真空环境，适用于生长各种超导材料、介电材料、磁性材料、电池材料等各种氧化物及金属间化合物单晶生长。

德国ScIDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区炉外观图

参考文献：

[1] Crystal-field states and defect levels in candidate quantum spin ice Ce₂Hf₂O₇ Victor Porée, Elsa Lhotel, Sylvain Petit, Aleksandra Krajewska, Pascal Puphal, Adam H. Clark, Vladimir Pomjakushin, Helen C. Walker, Nicolas Gauthier, Dariusz J. Gawryluk, and Romain Sibille, Phys. Rev. Materials 6, 044406 – Published 13 April 2022