三角反铁磁材料M2(OH)3X在强磁场下的量子磁性

批准号:
U1832166
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
54.0 万元
负责人:
赵志颖
依托单位:
学科分类:
A3205.稳态强磁场
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈斯淮、张万万、张梦思、李锦阳、谢雅新
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中文摘要
在三角晶格反铁磁体中,量子自旋液体态的产生条件与三角晶格的形变程度之间是否存在关联一直是一个关键科学问题。本项目以M2(OH)3X(M=Cu,Ni,Co;X=Cl,Br,I)三角晶格体系为研究对象,以这些材料的基态磁性、磁转变以及磁激发为主要研究内容,依托中科院强磁场科学中心(≥20T)拟开展以下工作:1)通过元素替代和施加压力,改变三角晶格的形变,利用常规磁场下的磁性和比热以及强磁场超高压下的磁化率测量,研究基态磁性与物理/化学压力的关系;2)在超强磁场下对磁有序材料进行各向异性的磁性测量,探索高场下的量子相变,建立完整的温度—磁场相图;3)利用强磁场下的比热和核磁共振手段,获得有关磁激发和能隙方面的量子信息。通过以上实验研究,揭示几何阻挫、量子涨落、晶格形变、交换作用、磁各向异性等对材料的基态磁性、磁转变和磁激发的重要影响,争取在材料探索和新奇量子现象方面取得新进展。
英文摘要
One key issue in the triangular lattice antiferromagnetis is the relationship between the emergance of quantum spin liquid and the lattice deformation. Under the support of High Magnetic Field Laboratory of CAS (≥ 20 T), this project plans to study the magnetic ground states, magnetic transitions, and magnetic excitations of triangular lattice compounds M2(OH)3X (M=Cu,Ni,Co;X=Cl,Br,I). The main research includes: 1) studying the effect of physical/chemical pressure on the ground state magnetism via altering the lattice deformation by replacing element and applying pressure, using magnetic susceptibility and specific heat characterization under conventional magnetic fields and high-pressure magnetic susceptibility measurement under high magnetic fields; 2) exploring quantum phase transitions in high magnetic fields by performing anisotropic magnetization measurement on the magnetically ordered compounds and establishing complete temperature-field phase diagram; 3) investigating the magnetic excitations and spin gap using specific heat and nuclear magnetic resonance techniques in high magnetic fields. Based on the above investigations, we try to uncover the significant influence of geometrical frustration, quantum fluctuations, lattice deformation, spin exchange, magnetic anisotropy on the quantum magnetism and magnetic excitations, and make great progress in finding new materials and novel quantum phenomena.
在三角晶格反铁磁体中,量子自旋液体态的产生条件与三角晶格的形变程度之间是否存在关联一直是一个关键科学问题。本项目以M2(OH)3X(M=Cu,Ni,Co;X=Cl,Br,I)三角晶格体系为研究对象,以这些材料的基态磁性、磁转变以及磁激发为主要研究内容,在低温强磁场下开展磁学、热力学和中子散射研究,争取在材料探索和新奇量子现象方面取得新进展。除此之外,我们还对几例磁性材料进行了极低温下的热输运研究。研究工作按照原计划顺利进行,主要研究进展包括:(1)三角晶格反铁磁材料Cu2(OH)3Br在TN=9.3K之下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反轨道序的铁磁链和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。(2)HgM(SeO3)2(H2O)2 (M=Co,Ni)是两个亚硒酸盐三角晶格反铁磁材料,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。(3)DHN是无阻挫空间各向异性的S=1方格子反铁磁体,Ni离子在TN=2.2K出现反铁磁有序,并且在TN之下磁各向异性转变为XY型。通过详细的磁化率、比热和热导率结果,我们给出了DHN的磁场—温度相图。(4)Er2AlSbO7是一个新型Er基烧绿石材料,其中Al和Sb原子存在随机分布的共同占据。实验结果发现该材料直到60mK也没有形成磁有序。通过对极低温下的交流磁化率和比热结果分析,Er离子的基态很可能是团簇玻璃态。共发表SCI论文7篇,包括第一作者的1篇Phys. Rev. B,1篇Inorg. Chem.,1篇J. Phys.: Condens. Matter,以及共同通讯的1篇Phys. Rev. B和1篇Phys. Rev. Materials。
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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
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
A spin-1/2 gapped compound CdCu2(SeO3)2Cl2 with a ladder structure.
具有梯形结构的自旋1/2带隙化合物CdCu2(SeO3)2Cl2。
DOI:10.1039/d1cc02243a
发表时间:2021
期刊:Chemical communications
影响因子:4.9
作者:Mengsi Zhang;M. Cui;Zhiying Zhao;Xing Huang;Zhangzhen He
通讯作者:Zhangzhen He
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
新型 S=1/2 kagome 反铁磁材料的单晶生长和磁性研究
- 批准号:52072368
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2020
- 负责人:赵志颖
- 依托单位:
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
- 批准年份:2017
- 负责人:赵志颖
- 依托单位:
国内基金
海外基金
