Classical Spin Liquid State in the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math> Heisenberg Kagome Antiferromagnet <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Li</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Fe</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>PO</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
E. Kermarrec, Rajesh Kumar, G. Bernard, R. Hénaff, P. Mendels, F. Bert, P. L. Paulose, Binoy Krishna Hazra, B. Koteswararao
Abstract
We investigate the low temperature magnetic properties of a $S=\frac{5}{2}$ Heisenberg kagome antiferromagnet, the layered monodiphosphate ${\mathrm{Li}}_{9}{\mathrm{Fe}}_{3}({\mathrm{P}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}{)}_{3}({\mathrm{PO}}_{4}{)}_{2}$, using magnetization measurements and $^{31}\mathrm{P}$ nuclear magnetic resonance. An antiferromagnetic-type order sets in at ${T}_{N}=1.3\text{ }\text{ }\mathrm{K}$ and a characteristic magnetization plateau is observed at $1/3$ of the saturation magnetization below ${T}^{*}\ensuremath{\sim}5\text{ }\text{ }\mathrm{K}$. A moderate $^{31}\mathrm{P}$ NMR line broadening reveals the development of anisotropic short-range correlations concomitantly with a gapless spin-lattice relaxation time ${T}_{1}\ensuremath{\sim}{k}_{B}T/\ensuremath{\hbar}S$, which may point to the presence of a semiclassical nematic spin-liquid state predicted for the Heisenberg kagome antiferromagnetic model or to the persistence of the zero-energy modes of the kagome lattice under large magnetic fields.