自旋冰材料R2Ti2O7(R=Dy,Ho)的單晶生長(zhǎng)和低溫物性研究.pdf

1、阻挫磁性材料目前作為凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，其中自旋的幾何阻挫，即由晶體結(jié)構(gòu)的幾何對(duì)稱(chēng)性造成的阻挫尤其引人注目。由于阻挫效應(yīng)的存在，自旋之間的相互作用互不相容，從而導(dǎo)致了基態(tài)的宏觀簡(jiǎn)并，展現(xiàn)出豐富的量子磁性。燒綠石結(jié)構(gòu)的R2Ti2O7（R=Dy，Ho）是一種典型的幾何阻挫磁性材料，強(qiáng)的晶體場(chǎng)效應(yīng)使得正四面體頂點(diǎn)的磁性離子只能沿著晶體軸[111]方向成Ising模型排列。由于阻挫效應(yīng)的存在，材料中自旋與自旋之間的近鄰反鐵磁相互作

2、用和長(zhǎng)程鐵磁的磁偶極相互作用之間相互競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致了材料在低溫下具有六重簡(jiǎn)并的“兩進(jìn)兩出”自旋冰基態(tài)。另外，外加不同方向的磁場(chǎng)會(huì)不同程度地解除簡(jiǎn)并，表現(xiàn)出豐富的磁相變行為。然而目前對(duì)自旋冰基態(tài)以及磁相變行為的研究仍然存在很多爭(zhēng)議。加之最近基于R2Ti2O7（R=Dy，Ho）材料提出的磁單極子模型從另外一個(gè)角度解釋了自旋冰體系的很多現(xiàn)象，與之前的磁偶極矩模型相比哪一種更加完善目前也不是很清楚。熱傳導(dǎo)測(cè)量被公認(rèn)為是研究磁性材料的一種有效手段，它

3、不僅能很好地探測(cè)元激發(fā)，比如聲子，磁振子等的熱輸運(yùn)性質(zhì)，還能很好地研究自旋—聲子耦合，磁結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)變以及磁場(chǎng)誘導(dǎo)的量子相變等行為。
　　 本文針對(duì)以上問(wèn)題，首先對(duì)該材料的單晶生長(zhǎng)進(jìn)行了深入研究，在獲得更高品質(zhì)的單晶的基礎(chǔ)上，細(xì)致研究了磁化率，比熱以及熱傳導(dǎo)等性質(zhì)，希望能夠?yàn)樽孕w系的物理機(jī)制理解提供可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 第一章主要綜述了對(duì)自旋冰材料R2Ti2O7（R=Dy，Ho）的一些研究進(jìn)展，包括磁化率，比熱，中子衍

4、射等各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，介紹了目前對(duì)該體系的磁性質(zhì)和磁結(jié)構(gòu)的理解，并簡(jiǎn)單描述了磁偶極矩模型和磁單極子模型。從中可以看出現(xiàn)階段對(duì)自旋冰材料的研究還存在著很多問(wèn)題和爭(zhēng)議。
　　 第二章重點(diǎn)介紹了我們?cè)诟^(qū)法生長(zhǎng)R2Ti2O7（R=Dy，Ho）單晶方面的探索，經(jīng)過(guò)多次嘗試，我們得到了比較理想的生長(zhǎng)條件，獲得了高品質(zhì)的單晶。磁化率和比熱的結(jié)果驗(yàn)證了自旋冰的基態(tài)性質(zhì)，并與之前的工作符合很好。另外，我們用低溫?zé)醾鲗?dǎo)行為對(duì)不同條件下退火的Dy2Ti