高溫高壓光學浮區法單晶爐在量子自旋冰領域應用進展

磁性是在宏觀和微觀物質世界中都普遍存在的性質之一，從電子到我們賴以生存的地球，人們對磁性的研究和應用無處不在，因此深入研究物質的磁性及其背后的機理一直是凝聚態物理領域的重要研究熱點之一。由于奇異的磁性行為往往源于競爭性相互作用。人們在幾何受挫體系中已經對此進行了研究，如三角形、籠目、超籠目和燒綠石晶格體系等。其中，在燒綠石晶格上，磁矩位于共頂點四面體網絡的節點上，在一定條件下，這樣的體系可以進入自旋冰態。處于自旋冰態的兩個自旋指向四面體的中心，另外兩個自旋背離四面體的中心。一些稀土燒綠石氧化物，如Ho₂Ti₂O₇或Dy₂Ti₂O₇等均已被發現存在自旋冰。

目前理論上已通過晶體場低激發態、多極相互作用等角度來研究量子自旋冰。越來越多的證據表明，含有Ce³⁺的燒綠石（比如Ce₂Sn₂O₇、Ce₂Zr₂O₇等）是3D量子自旋液體的具體實例，值得對類似材料做更深入的研究。Ce₂Hf₂O₇是上述Ce₂Sn₂O₇、Ce₂Zr₂O₇之外的另外一種含Ce³⁺的燒綠石化合物。近期，瑞士保羅謝勒研究所Victor Porée等人報道了Ce₂Hf₂O_7+δ的制備和表征工作，重點關注了四價Ce離子在樣品中的濃度情況。作者通過對樣品的晶體場分析和磁測量的結果對比詳細研究了單離子性質；磁化率數據顯示，在Ce₂Hf₂O₇中觀察到了跟Ce₂SnO₇類似的磁性行為，表明其可能也是八極量子自旋冰基態。

Victor Porée等人在該項工作中，采用德國ScIDre公司研發的HKZ高溫高壓光學浮區爐進行了Ce₂Hf₂O₇晶體生長實驗。

上述截圖引自[1]

上述截圖引自[1]

德國ScIDre公司推出的HKZ系列高溫高壓光學浮區法單晶爐可實現高達3000℃甚至及以上的晶體生長溫度，晶體生長腔壓力可高達300 bar，可實現10^-5mbar的高真空環境，適用于生長各種超導材料、介電材料、磁性材料、電池材料等各種氧化物及金屬間化合物單晶生長。

德國ScIDre公司推出的HKZ系列高溫高壓光學浮區爐外觀圖

參考文獻：

[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