幾何阻挫過渡金屬化合物的電子磁共振研究

《幾何阻挫過渡金屬化合物的電子磁共振研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由屈哲擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：幾何阻挫過渡金屬化合物的電子磁共振研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：屈哲
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

幾何阻挫過渡金屬化合物屬於強關聯電子體系，一方面存在電荷、自旋、軌道和晶格等多個自由度之間的強烈耦合, 另一方面由於幾何阻挫使得漲落異常強烈，兩者的共同作用導致格外豐富的量子物性，已成為當前凝聚態物理研究的熱點之一。多種自由度的耦合常導致短程有序和漲落，對體系中奇異量子物性背後物理機制的理解也還不完全，這些都要求進一步利用微觀的研究技術和方法進行研究。本項目擬利用穩態強磁場大科學裝置的具有開展高場高頻和低溫結合實驗能力的電子磁共振系統，系統研究幾何阻挫過渡金屬化合物的電子磁共振譜，通過分析電子磁共振譜中共振場的頻率—磁場關係，以及共振場、線寬、線形、共振強度等參數隨溫度、角度的變化，探測體系中的自旋關聯、自旋激發以及自旋動力學等重要微觀層面信息，為深入理解幾何阻挫條件下電荷、自旋、軌道和晶格等多個自由度之間的合作與競爭，揭示奇異量子物性的物理機制提供關鍵實驗信息。

結題摘要

幾何阻挫過渡金屬化合物屬於強關聯電子體系，一方面存在電荷、自旋、軌道和晶格等多個自由度之間的強烈耦合, 另一方面由於幾何阻挫使得漲落異常強烈，兩者的共同作用導致格外豐富的量子物性。本項目這對這一類化合物，利用磁性、電性、熱力學性質測量，以及電子磁共振、核磁共振的手段，對體系中的自旋關聯、自旋激發以及自旋動力學等重要微觀層面信息展開研究。項目成功製備了AgCrS2、Cr(Si,Ge)Te3，Fe3GeTe2等準二維幾何阻挫化合物、CH3NH3Cu(HCOO)3等準一維反鐵磁自旋鏈、Y型六角鐵氧體Ba0.5Sr1.5Zn2Fe11.4Cr0.6O22等一系列具有阻挫效應的材料，獲得了這些材料中的自旋關聯、自旋激發以及自旋動力學行為等微觀層面重要實驗信息： （1）在準二維幾何阻挫材料中，實驗發現其自旋漲落更為強烈，引發新奇的自旋激發和複雜的自旋動力學行為，例如AgCrS2中的Z2型渦旋，鐵磁和反鐵磁漲落的共存和競爭，Cr(Si,Ge)Te3體系中從二維到三維的度越，Fe3GeTe2中的各向異性反常霍爾效應等。 （2）在準一維反鐵磁自旋鏈材料CH3NH3Cu(HCOO)3中發現磁場導致的自旋激發從量子自旋子束縛至經典磁振子的新奇現象。 （3）通過Cr摻雜成功對Y型六角鐵氧體Ba0.5Sr1.5Zn2Fe12O22中的自旋關聯進行調控，將磁電耦合的溫度提高到250K，並實現了零場下的磁電耦合效應，描繪出這一材料自旋關聯的變化。 這些結果為理解幾何阻挫條件下電荷、自旋、軌道和晶格等多個自由度間的合作和競爭，揭示其奇異量子物性背後的物理機制提供了實驗基礎。 在本項目的支持下，一名博士研究生、一名碩士研究生順利畢業。本項目支持的工作總計發表SCI論文10篇，其中Physical Review B二篇、Applied Physics Letters、Journal of Physics: Condensed Matter一篇、Journal of Materials Chemistry C一篇，另外還有三篇論文在投稿中。