自旋二聚体ACuX2(A=Mg,Cd,Hg;X=SO4,SeO3,TeO3)的单晶生长和磁性研究
批准号:
51702320
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
赵志颖
依托单位:
学科分类:
无机非金属类高温超导与磁性材料
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
崔美艳、张万万、邱超群、张梦思、袁方宇
中文摘要
具有自旋能隙的二聚体材料由于在外磁场作用下可以发生磁振子玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)现象因而一直是凝聚态物理领域的研究热点,然而具有孤对电子的亚硒/亚碲酸盐二聚体在磁性方面的研究却还处于起步阶段。最近人们发现二聚体材料HgCu(SeO3)2和CdCu(SeO3)2很可能是一类新型的自旋能隙材料。为了探究孤对电子对磁交换作用及磁性质的影响,本项目将以二聚体ACuX2(A=Mg,Cd,Hg;X=SO4,SeO3,TeO3)体系为研究对象,在低温强磁场下开展各向异性的磁学和热力学表征,揭示非磁性阳离子半径和阴离子基团对磁性质的影响。以水热合成方法为主要手段,实现毫米尺寸高品质单晶样品的生长,为各向异性的物性表征提供样品保障。通过本项目的开展,有望对二聚体ACuX2型亚硒/亚碲酸盐的磁性质形成全面系统的认识,为将来设计合成新型的自旋能隙材料提供依据,并且为磁振子BEC的研究打开一个全新的领域。
英文摘要
Study on the spin-gapped dimer compounds is a hot topic and has atrtacted great attention due to the exotic magnon Bose-Einstein condensation (BEC) phenomenon under magnetic field. However, magnetism is known little for the dimerized selenites/tellurites in the presence of lone-pair electrons. Recently chemists discovered that HgCu(SeO3)2 and CdCu(SeO3)2 might be possible spin-gapped candidates. To reveal the influence of lone-pair electrons on the magnetic exchange and properties, this project will focus on the dimerized ACuX2(A=Mg,Cd,Hg;X=SO4,SeO3,TeO3) family to study the replacement effect of nonmagnetic cation and anionic group on the magnetism by means of anisotropic susceptibility and specific heat measurement at low temperatures and in high magnetic fields. Millimeter-size single crystals with high quality will be grown using hydrothermal technique which is the important guarantee for the subsequent anisotropic experiments. Through this project, we try to understand deeply about the magnetic properties of dimerized ACuX2 selenites/tellurites and provide helpful guides to design and synthesize new spin-gapped materials in the future. More importantly, we hope to open a new field to explore the magnon BEC in the selenites/tellurites.
具有自旋能隙的二聚体材料由于在外磁场作用下可以发生磁振子玻色—爱因斯坦凝聚现象因而一直是凝聚态物理领域的研究热点,然而具有孤对电子的亚硒/亚碲酸盐二聚体在磁性方面的研究却还处于起步阶段。本项目以ACuX2亚硒酸盐二聚体为研究对象,在低温强磁场下开展磁学、热力学和磁卡效应的表征,揭示非磁性阳离子对磁性质的影响。除此之外,我们利用水热法还成功制备了三例三角晶格反铁磁材料,并对其磁性进行了表征。研究工作按原计划顺利进行,主要研究进展包括:(1)HgCu(SeO3)2和CdCu(SeO3)2是两例新型的亚硒酸盐二聚体材料。实验结果显示HgCu(SeO3)2的基态是无磁性的自旋能隙态,而CdCu(SeO3)2的基态为反铁磁有序态。通过平均场理论对磁化曲线的拟合分析可知,在这两个材料中二聚体内部的交换作用差别很大,表明非磁性阳离子半径的不同可以引起CuO5四棱锥畸变程度的显著变化。这意味着在ACu(SeO3)2系列中存在化学压力引起的量子临界点,同时在Hg1-xCdxCu(SeO3)2体系中存在化学组成引起的量子临界点。2)三角晶格反铁磁材料Cu2(OH)3Br在TN=9.3K发生了反铁磁转变,并且在7.5K左右发生了交换作用各向异性的转变,即从高温时的海森堡型转变为低温时的XY型。中子散射实验发现该材料其实是由具有antiferro轨道序的铁磁链和具有ferro轨道序的反铁磁链交替排列而成,因此同时存在magnon和spinon两种磁激发并且两者之间还存在一定的耦合作用。3)HgM(SeO3)2(H2O)2(M=Co,Ni)是两个亚硒酸盐反铁磁材料,分别在7.6K和9.0K发生了反铁磁转变。特别的是,HgCo(SeO3)2(H2O)2在1T和3.6T之间还表现出1/3磁化平台现象。共发表SCI论文7篇,包括(共同)第一作者的1篇Phys.Rev.Lett.,1篇Phys.Rev.B,1篇J.Phys.:Condens.Matter和1篇Inorg.Chem.,以及共同通讯的1篇Phys.Rev.B和1篇Phys.Rev.Materials。
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Frustration-free spatially anisotropic S=1 square-lattice antiferromagnet Ni[SC(NH2)(2)](6)Br-2
无挫败空间各向异性 S = 1 方晶格反铁磁体 Ni[SC(NH2)2]6Br2
DOI:
10.1103/physrevb.99.104419
发表时间:
2019
期刊:
Physical Review B
影响因子:
3.7
作者:
[Zhao X, Zhao Z Y, Chen L M, Rao X, Che H L, Chu L G, Zhou H D, Ling L S, Wang J F, Sun X F]
通讯作者:
Sun X F
Low-temperature thermal conductivity and magnetic transitions of the kagome-staircase compound Ni3V2O8
kagome-阶梯状化合物Ni3V2O8的低温导热率和磁转变
DOI:
10.1103/physrevb.99.224428
发表时间:
2019-06
期刊:
Physical Review B
影响因子:
3.7
作者:
[Zhao Z Y, Li Q J, Liu X G, Rao X, Che H L, Chu L G, He Z Z, Zhao X, Sun X F]
通讯作者:
Sun X F
Field-Driven Quantum Criticality in the Spinel Magnet ZnCr2Se4
尖晶石磁铁 ZnCr2Se4 中的场驱动量子临界
DOI:
10.1103/physrevlett.120.147204
发表时间:
2018
期刊:
Physical Review Letters
影响因子:
8.6
作者:
[Gu C. C., Zhao Z. Y., Chen X. L., Lee M., Choi E. S., Han Y. Y., Ling L. S., Pi L., Zhang Y. H., Chen G., Yang Z. R., Zhou H. D., Sun X. F.]
通讯作者:
Sun X. F.
Synthesis, Structure, and Magnetic Properties of Two Mercury Selenite Antiferromagnets HgM(SeO3)(2)(H2O)(2) (M = Co, Ni)
两种汞亚硒酸盐反铁磁体 HgM(SeO3)(2)(H2O)(2) (M = Co, Ni) 的合成、结构和磁性
DOI:
10.1021/acs.inorgchem.9b00008
发表时间:
2019
期刊:
Inorganic Chemistry
影响因子:
4.6
作者:
[Zhao Zhiying, Zhang Wanwan, He Zhangzhen]
通讯作者:
He Zhangzhen
Magnetism study on a triangular lattice antiferromagnet Cu-2(OH)(3)Br
三角晶格反铁磁体Cu-2(OH)(3)Br的磁性研究
DOI:
10.1088/1361-648x/ab1623
发表时间:
2019
期刊:
Journal of Physics: Condensed Matter
影响因子:
--
作者:
[Zhao Z Y, Che H L, Chen R, Wang J F, Sun X F, He Z Z]
通讯作者:
He Z Z
共 7 条
新型 S=1/2 kagome 反铁磁材料的单晶生长和磁性研究
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批准号:52072368
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2020
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负责人:赵志颖
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依托单位:
三角反铁磁材料M2(OH)3X在强磁场下的量子磁性
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批准号:U1832166
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项目类别:联合基金项目
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资助金额:54.0万元
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批准年份:2018
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负责人:赵志颖
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依托单位:
国内基金
海外基金