Low-temperature magnetic order rearrangement in the layered van der Waals compound MnPS3

范德瓦尔斯力 反铁磁性 凝聚态物理 挫折感 物理 相变 自旋(空气动力学) 磁化率 能量(信号处理) 经典XY模型 磁场 海森堡模型 伊辛模型 量子力学 热力学 分子
作者
Sayan Chaudhuri,C. N. Kuo,Y. Chen,Chin Shan Lue,Jiangxiazi Lin
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:106 (9) 被引量:2
标识
DOI:10.1103/physrevb.106.094416
摘要

To stabilize the long-range magnetic ordering in two-dimensional (2D) materials is a challenge from both fundamental and application points of view. It is difficult to be realized due to the delicate competition between thermal energy, magnetic exchange energy, and spin frustration. Here we study the temperature and field effects on the spin structure of two-dimensional van der Waals system ${\mathrm{MnPS}}_{3}$ using dc magnetic susceptibility and electron spin resonance (ESR) techniques. Clear development of three-step transitions was observed in the in-plane susceptibility. A low-temperature plateau from 78 to 38 K can be related to the Heisenberg antiferromagnetic (HAFM) ordering with spins pointing to the $z$ direction. Following, a sharp rising after the plateau suggests a transition into the $XY$ system. The rising slope slows down at 30 K indicating a transition into another phase, possibly a vortex-antivortex state. By fitting the temperature-dependent ESR parameters with the Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) model in the range 100--300 K, we propose a spin 2D system with the vortex-antivortex structure below the HAFM transition. Susceptibility and ESR data show that the application of a high field along the $z$ direction destroys both the $XY$ phase and the BKT transition, reconciling to the scenario of a topological phase transition at zero field.
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