稀土钙钛矿氧化物中的量子磁性与自旋弛豫研究
批准号:
12104255
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:
盛洁明
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:
盛洁明
中文摘要
稀土钙钛矿氧化物由于其丰富的磁电、磁光以及磁热等效应一直是凝聚态物理研究的重点。本项目申请人通过前期对稀土钙钛矿氧化物DyScO3的极低温磁性研究发现其中的镝离子不仅具有与同家族一维自旋链YbAlO3类似的低维量子磁性,同时又有着与单分子磁体相似的慢自旋弛豫行为。因此本项目关于DyScO3的研究可以为低维量子磁体和自旋电子学器件的相关研究架起一座新的桥梁。此外,通过对材料晶体场和基态波函数计算,我们发现在无机的稀土钙钛矿氧化物家族中可能存在着更多的被忽略的量子磁性以及慢自旋弛豫现象。不同于传统的有机-无机杂化的单分子磁体材料,大部分的稀土钙钛矿氧化物性质稳定,单晶生长工艺成熟,可以方便地集成到各种器件表面。因此本项目关于稀土钙钛矿材料的量子磁性以及自旋弛豫效应研究也将会为开拓新型量子自旋电子学器件提供一个全新的平台。
英文摘要
The rare-earth Perovskite have attracted continued attention in condensed matter physics due to the great variety of interesting properties, such as the magnetoelectric, magneto-optical and magnetocaloric effect. Based on our previous low-temperature magnetism study in DyScO3, we found this compound showed strong quantum fluctuations in the field induced magnetic phase region, similar with the recently reported isostructural low-dimensional quantum magnet YbAlO3. In addition, DyScO3 also exhibited slow spin relaxation behavior which was similar with single molecule magnets. Moreover, by calculating the crystal field and ground state, we found the quantum fluctuations and slow spin relaxation effects may also exist in more inorganic rare-earth perovskite materials. Different from the slow relaxation found in traditional single molecular magnets, these perovskite compounds are usually inert to air, easy to synthesize in different forms and the crystal structure naturally adapts to existing standard perovskite thin film substrates. Exploring the exotic spin dynamics in DyScO3 and related perovskite materials would provide a novel platform for material engineering of the quantum spintronic systems in future.
本项目聚焦于稀土钙钛矿氧化物中的量子磁性与自旋弛豫机制,旨在揭示DyScO₃在低温下的慢自旋弛豫行为,并探索新型稀土钙钛矿氧化物的物理特性及其潜在应用。通过对DyScO₃的深入研究,我们发现其慢自旋弛豫效应主要源于其高度Ising型的自旋基态波函数。进一步,通过对TbScO₃、YbAlO₃等同构材料的对比研究,我们厘清了自旋弛豫与量子涨落之间的物理机制,揭示了晶体场效应对自旋动力学的重要影响。.此外,我们在新型稀土氧化物KBaGd(BO₃)₂中观察到强量子涨落和较大的磁熵,磁热效应的研究表明其在极低温绝热去磁制冷材料中具有潜在应用价值。同时,稀土石榴石氧化物Nd₃Ga₅O₁₂在低温下表现出Ising型磁有序基态,并在磁场诱导的量子临界点附近观测到显著的量子临界涨落,为理解量子相变提供了新的实验依据。.项目还拓展了过渡金属三角晶格量子磁性材料的研究。在Na₂BaCo(PO₄)₂中,我们观测到二维量子临界点,并确立了其XXZ型哈密顿量,进一步发现其在饱和磁场附近存在磁振子的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)。在Na₂BaNi(PO₄)₂中,我们首次实验观测到双磁振子束缚态BEC,并揭示其在BEC之后进入自旋向列相,为低维阻挫磁性和量子相变研究提供了新的视角。.本研究不仅深化了对晶体场效应、量子磁性及自旋动力学的理解,还为量子相变、低维阻挫磁性及自旋电子学等领域提供了重要的实验依据和理论支持。研究成果为开发新型量子材料和探索其物理特性奠定了一定基础。
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