Cr掺杂Cu2MnBO5的磁场诱导自旋交叉效应及其磁相变机制研究

（编辑推荐）本研究通过Cr掺杂调控Cu2MnBO5路德维希矿（ludwigite）的磁性能，发现0.08 Cr/晶胞掺杂使材料在52K和59K呈现典型自旋玻璃态（spin-glass），磁场3T下有效磁矩从5.33μB降至4.38μB，证实锰离子存在高自旋-低自旋态（HS-LS）转变，为磁性材料设计提供新思路。

　　

Highlight

Cr掺杂Cu₂MnBO₅在磁场中的自旋交叉现象

Sample growth

采用助熔剂法生长Cu₂MnBO₅:Cr晶体，使用铋-硼溶剂体系（Bi₂O₃:1.11B₂O₃:0.89CuO:0.22Mn₂O₃），在铂坩埚中1100℃制备。通过X射线荧光(XRF)确认Cr均匀分布，浓度仅0.08/晶胞，而Cu离子占比略高（2.05 vs 2）。

Experiment

使用布鲁克S2 Ranger进行XRF五点分析，D8 Advance衍射仪获取粉末图谱（CuKα₁辐射，λ=1.54063?）。磁性测量显示两个相邻相变温度52K和59K，符合自旋玻璃态特征，Mydosh参数Ω₅₂^Re=0.008。

Discussion

XPS证实Cu为2+价，Mn/Cr为3+价。9T磁场下比热测量显示爱因斯坦温度变化，3T磁场使有效磁矩降低18%，暗示Mn³⁺从高自旋态（HS, 4μ_B）向低自旋态（LS）转变，居里-外斯温度从-70K升至-15K。

Conclusions

晶体属P2₁/c空间群（a=3.12237?, β=92.599°），EPR谱验证自旋重组。微量Cr掺杂即引发显著自旋态转变，为调控磁性材料提供新途径。