磁性是在宏觀和微觀物質(zhì)世界中都普遍存在的性質(zhì)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(yīng)用無處不在，因此深入研究物質(zhì)的磁性及其背后的機(jī)理一直是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的重要研究熱點(diǎn)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(jīng)對此進(jìn)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(diǎn)四面體網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上，在一定條件下，這樣的體系可以進(jìn)入自旋冰態(tài)。處于自旋冰態(tài)的兩個(gè)自旋指向四面體的中心，另外兩個(gè)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(fā)現(xiàn)存在自旋冰。

目前理論上已通過晶體場低激發(fā)態(tài)、多極相互作用等角度來研究量子自旋冰。越來越多的證據(jù)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(shí)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(bào)道了Ce₂Hf₂O_7+δ的制備和表征工作，重點(diǎn)關(guān)注了四價(jià)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(jié)果對比詳細(xì)研究了單離子性質(zhì)；磁化率數(shù)據(jù)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(tài)。

Victor Porée等人在該項(xiàng)工作中，采用德國ScIDre公司研發(fā)的HKZ高溫高壓光學(xué)浮區(qū)爐進(jìn)行了Ce₂Hf₂O₇晶體生長實(shí)驗(yàn)。

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(xué)浮區(qū)法單晶爐可實(shí)現(xiàn)高達(dá)3000℃甚至及以上的晶體生長溫度，晶體生長腔壓力可高達(dá)300 bar，可實(shí)現(xiàn)10^-5mbar的高真空環(huán)境，適用于生長各種超導(dǎo)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(xué)浮區(qū)爐外觀圖

參考文獻(xiàn)：

[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