新型S=1/2蜂窝晶格量子磁性材料的单晶制备和磁性研究
批准号:
12104010
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
岳小宇
依托单位:
学科分类:
量子材料与物性调控
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
岳小宇
中文摘要
由自旋阻挫和量子涨落所导致的量子自旋液体是备受关注的一种量子态,设计与合成具有特殊晶体结构的磁性材料并表征其是否具有量子自旋液体基态是当前凝聚态物理的研究热点之一。本项目拟利用草酸根桥连磁性钴/铱离子,设计合成新型蜂窝晶格磁性系统,并研究这类材料的磁基态,揭示可能存在的量子自旋液体态。项目拟开展工作如下:1)设计合成新型具有钴−草酸框架和铱−草酸框架的蜂窝晶格磁性系统;2)表征样品在不同外加磁场下磁化率和比热随温度的变化规律,探究体系低温下是否存在磁有序转变;针对低温下不存在磁有序的材料,开展极低温、强磁场条件下的电子自旋共振和热导率测量,获得体系的磁激发信息,判断样品是否具有量子自旋液体态,并揭示其微观物理机制;3)总结归纳不同的磁性离子和离子间桥连方式对系统磁基态的影响。
英文摘要
Quantum spin liquid induced by spin frustration and quantum fluctuations is an interesting quantum state. It is a hot topic to design and synthetize magnetic materials with special crystal structure and to characterize whether they have quantum spin liquid state. This project plans to design and synthesize new quantum magnets with honeycomb lattice by oxalate bridging Co2+ or Ir4+ ions, then study the magnetic ground states and reveal the existence of quantum spin liquid states. The main research includes: 1) designing and synthesizing new honeycomb lattice magnetic systems with cobalt-oxalate and iridium-oxalate frameworks; 2) studying the magnetic susceptibility and specific heat dependence on temperature under magnetic fields, and determining the existence of the magnetic transitions at low temperatures. For samples without magnetic transition at low temperature, taking the electron spin resonance and thermal conductivity measurements under ultralow temperature and high magnetic field conditions, investigating the magnetic excitations, determining the existence of the quantum spin liquid state, and revealing the nature of quantum spin liquid; 3) summarizing the effects of different magnetic ions and bridging types on magnetic ground states.
阻挫磁性材料是探究新奇量子态和量子相变的理想载体。量子自旋液体作为阻挫磁性材料所表现出的特殊物理现象之一,其微观物理机制与高温超导、量子计算、量子通信等领域的研究紧密相关,是凝聚态物理研究的热点之一。本项目以设计合成新型的阻挫磁性材料并表征其低温强磁场下的磁学和热力学性质,探究材料的磁基态,揭示可能的量子自旋液体态为目标。经过三年的研究,取得的主要进展包括:(1)制备了新的镍(钴)草酸盐Ba2M3(C2O4)3(OH)4·3H2O (M = Ni, Co)和Sr2Ni3(C2O4)3(OH)4·3H2O。该系列化合物可以被看作是耦合的自旋六聚体系统。磁性测量结果显示Ba2M3(C2O4)3(OH)4·3H2O (M = Ni, Co)的磁基态为反铁磁态,Sr2Ni3(C2O4)3(OH)4·3H2O的磁基态为自旋玻璃态;(2)制备了一种新的三角晶格化合物Gd3Cu9(OH)19Br8。该化合物的磁基态为顺磁态。该化合物在低温下存在大的磁热效应,表明其在低温磁致冷领域具有潜在的应用价值;(3)制备了一种新的Cu-Kagome晶格化合物LuCu3(OH)6Br2[Brx(OH)1−x](x = 0.45)单晶。该化合物在温度低至80 mK时没有出现长程磁有序。温度低于0.7 K时,比热数据正比于温度的平方,暗示该化合物的磁基态很可能为狄拉克量子自旋液体态。
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