二維三角反鐵磁材料的磁性與磁相變

《二維三角反鐵磁材料的磁性與磁相變》是依託中國科學技術大學，由孫學峰擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：二維三角反鐵磁材料的磁性與磁相變
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：孫學峰
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

自旋S=1/2或1的二維三角反鐵磁材料由於幾何阻挫和量子漲落效應，具有許多奇特的量子磁性和磁相變現象，因此備受關注。本項目以Ba3MSb2O9（M = Co, Cu, Ni）、Cs2CuCl4、Cs2CuBr4等二維三角反鐵磁材料為主要研究對象，利用光學浮區法、溶液生長法製備母相及摻雜的單晶樣品；利用項目組的低溫強磁場測量系統對零場基態和磁激發性質進行表征；利用中科院強磁場中心的強磁場（≥20T）實驗平台的磁化率和比熱測量，對材料完整的溫度－磁場相圖和磁相變進行表征，並研究不同磁性轉變引起的磁激發行為變化；研究化學摻雜與壓力效應對磁性和磁相變行為的影響，探討磁交換作用、各向異性、層間耦合等參數與量子磁性、磁結構形成機制的關係。基於這些研究，爭取在量子磁性機制、新奇量子現象和材料探索方面取得新的進展。

結題摘要

自旋S=1/2或1的二維三角反鐵磁材料由於幾何阻挫和量子漲落效應，具有許多奇特的量子磁性和磁相變現象，因此備受關注。本項目以這類材料的磁性與磁相變為主要研究內容，利用項目組的低溫強磁場設備和中科院強磁場中心的強磁場（≥20T）實驗裝置，開展了系統的工作。研究工作按照原計畫順利進行，取得的主要進展包括：（1）生長了二維三角磁結構材料CuFe1-xGaxO2（x = 0, 0.035, 0.08, 0.12）單晶材料，確定了該材料的磁轉變與磁激發行為，發現CuFeO2的基態並非是人們之前所認為的簡單長程磁有序。（2）針對具有二維三角反鐵磁結構的ErMnO3，確定了不同方向磁場中Er3+的磁結構轉變的圖像及其顯著的自旋聲子耦合效應。（3）設計合成了Ba8CoNb6O24材料，構建了一個理想的自旋1/2的二維三角海森堡反鐵磁體系，該材料直到0.06 K的極低溫度都不具有長程磁有序。（4）在具有阻挫的二維三角結構BaFe12O19材料中，利用極低溫比熱和熱導率的測量，揭示其具有量子電偶極液體的奇特基態，並且該量子液體的元激發具有能隙。通過這些研究，揭示了二維三角反鐵磁材料的磁性、磁結構轉變和磁激發行為，為深入理解這類材料的物理機制提供了必要的實驗基礎。共發表SCI論文19篇，其中通信作者的論文15篇（包括1篇Nat. Commun.、1篇Phys. Rev. Lett.、4篇Phys. Rev. B、1篇Appl. Phys. Lett.和1篇英文綜述論文）；共培養9名博士生和1名碩士生，其中4名博士生和1名碩士生已經完成學位論文答辯；在國際學術會議做邀請報告2次、口頭報告1次，在國內學術會議做邀請報告4次。