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:
58.0 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:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵志颖
中文摘要
自旋S=1/2 kagome晶格由于具有最强的几何阻挫和量子涨落效应,是最有可能出现量子自旋液体基态的体系。然而到目前为止只有少数几种体系被发现是量子自旋液体材料。呼吸型kagome晶格也可以稳定自旋液体态,但是尚未发现由Cu离子构成的物质。为了寻找更多的S=1/2 kagome量子自旋液体材料,本项目利用水热法拟从以下几个方面设计合成多种新型S=1/2 kagome体系:1)在MgCu3(OH)6Cl2中将Cl离子替换成Br或NO3离子;2)在ZnCu3(OH)6XX’(XX'=FCl,FBr)中将Zn离子替换成Mg离子;3)以前期合成的Cu基呼吸型kagome材料为中心,替换非磁性阳离子和阴离子基团。以这些材料为研究对象,在低温下开展磁学和热力学性质表征,总结归纳基态磁性随结构参数的变化规律,建立基态磁性的量子相图,为寻找新型S=1/2 kagome量子自旋液体材料提供实验依据。
英文摘要
S=1/2 kagome lattice is the most promising system to host quantum spin liquid (QSL) ground state on account of the strongest geometrical frustration and quantum fluctuations. However, only a few materials are discovered to be QSL candidates. Breathing kagome lattice is found to be an alternative way to stabilize QSL state, but no Cu-based compounds have been reported so far. To search for more S=1/2 kagome QSL candidates, this project will synthesize several novel S=1/2 kagome materials using hydrothermal technique from the following points: 1) replacing Cl by Br or NO3 anion in MgCu3(OH)6Cl2; 2) replacing Zn by Mg cation in ZnCu3(OH)6XX’(XX'=FCl,FBr); 3) changing the non-magnetic cations or anionic groups in our pre-grown Cu-based breathing kagome compound. Based on the above single crystals, we will perform the magnetic and thermodynamic characterizations at low temperatures in order to study the relation between the ground state magnetism and the structural parameters, establish the phase diagram of the ground state magnetism, and make an experimental support for discovering novel S=1/2 kagome QSLs in future.
Breathing kagome是一种特殊形变的kagome晶格,具有两个不等价的最近邻交换作用,在一定畸变程度下仍可以稳定量子自旋液体态。到目前为止,只有一例V4+基有机化合物具有breathing kagome结构,尚无由Cu离子构成的化合物。本项目合成了多个S=1/2 Cu基breathing kagome材料,以这些材料的基态磁性、磁转变和磁激发为研究内容,在低温下开展了磁学和热力学表征。除此之外,我们还对几例磁性材料进行了低温和强磁场下的物性研究。研究工作按照原计划顺利进行,主要研究进展包括:(1)合成出了kagome材料PbOCu3(SeO3)2(NO3)(OH)和呼吸型kagome材料PbOCu3(SeO3)2(NO3)F,利用离子替换的方式在PbOCu3(SeO3)2(NO3)X (X=OH,F)中实现了kagome和breathing kagome晶格之间的转换。(2)生长出了新型双层breathing kagome材料A3Cu6 (A=Cd,Hg,Pb)。(3)Na5Co15.5Te6O36是首例S=1/2 Ising stacked kagome反铁磁材料,其中Co1离子形成的一维链在ab面内构成了完美的kagome晶格。该材料在T1=45.2K、T2=35.4K和T3~20K发生了连续的反铁磁转变,并且当磁场沿Ising轴方向时还出现了反常的磁滞回线,可能与Co1离子的部分无序有关。(4)双钙钛矿材料Ba2-xSrxTbIrO6的两个母相分别具有Tb3+/Ir5+和Tb4+/Ir4+价态,随着Sr含量的增加,室温下体系在x~0.325时发生了电荷转移引起的价态转变。此外,变温XRD、磁化率和共振非弹性X射线实验表明x=0.2组分还可以发生温度驱动的价态转变。(5)在三角晶格反铁磁材料Cu2(OH)3Br中,利用高场ESR谱学技术探测到了spinon和magnon激发以及它们之间的相互作用。共发表SCI论文7篇,包括第一作者的1篇Phys. Rev. B,1篇Phys. Rev. Materials,以及共同通讯的1篇Phys. Rev. B。
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:
自旋二聚体ACuX2(A=Mg,Cd,Hg;X=SO4,SeO3,TeO3)的单晶生长和磁性研究
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批准号:51702320
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2017
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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