Analog to the 4He melting curve in a model geometrically frustrated magnet

摘要

Gadolinium gallium garnet, Gd₃Ga₅O₁₂ (GGG) has an extraordinary low-temperature phase diagram. Although the Curie–Weiss temperature of GGG is ~–2 K, GGG shows no long-range order down to T ~ 0.4 K. At low temperatures GGG has a spin-glass phase at low fields ( 0.08 T), a field-induced long-range-ordered anti-ferromagnetic (AFM) phase at fields of between 0.7 and 1.3 T, and, at intermediate fields, an apparent spin-liquid (SL) phase without long-range order. We have performed specific heat, magnetocaloric, and static magnetization measurements near the SL/AFM phase boundary. Our results show that the lower field boundary of the AFM phase has a distinct minimum at T ~ 0.2 K, in analogy to the minimum in the melting curve of 4He. PACS Nos.: 75.30Kz, 75.50EeLe grenat de gadolinium gallium, Gd₃Ga₅O₁₂ (GGG) a une température de phase extrêmement basse. Malgré le fait que sa température de Curie–Weiss soit ~–2 K, GGG ne montre aucun ordre à longue portée à T ~ 0,4 K. À basse température, GGG a une phase de verre de spin pour des champs de basse intensité ( 0,08 T), une phase antiferromagnétique (AFM) à longue portée pour des valeurs de champ entre 0,7 et 1,3~T et, pour des valeurs de champ intermédiaires, une phase de liquide de spin (SL) sans ordre à longue portée. Nous avons mesuré la chaleur spécifique, l'effet magnétocalorique et la magnétisation statique au voisinage de la frontière entre les phases SL et AFM. Nos résultats montrent que la limite en champ faible de la phase AFM a clairement un minimum à T ~ 0,2 K, analogue au minimum dans la courbe de fusion de 4He. [Traduit par la Rédaction]