自旋冰材料R2Ti2O7(R=Dy,Ho)的单晶生长和低温物性研究

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阻挫磁性材料目前作为凝聚态物理研究领域的一个重要分支，其中自旋的几何阻挫，即由晶体结构的几何对称性造成的阻挫尤其引人注目。由于阻挫效应的存在，自旋之间的相互作用互不相容，从而导致了基态的宏观简并，展现出丰富的量子磁性。烧绿石结构的R2Ti2O7（R=Dy，Ho）是一种典型的几何阻挫磁性材料，强的晶体场效应使得正四面体顶点的磁性离子只能沿着晶体轴[111]方向成Ising模型排列。由于阻挫效应的存在，材料中自旋与自旋之间的近邻反铁磁相互作用和长程铁磁的磁偶极相互作用之间相互竞争，导致了材料在低温下具有六重简并的“两进两出”自旋冰基态。另外，外加不同方向的磁场会不同程度地解除简并，表现出丰富的磁相变行为。然而目前对自旋冰基态以及磁相变行为的研究仍然存在很多争议。加之最近基于R2Ti2O7（R=Dy，Ho）材料提出的磁单极子模型从另外一个角度解释了自旋冰体系的很多现象，与之前的磁偶极矩模型相比哪一种更加完善目前也不是很清楚。热传导测量被公认为是研究磁性材料的一种有效手段，它不仅能很好地探测元激发，比如声子，磁振子等的热输运性质，还能很好地研究自旋—声子耦合，磁结构及转变以及磁场诱导的量子相变等行为。
　　本文针对以上问题，首先对该材料的单晶生长进行了深入研究，在获得更高品质的单晶的基础上，细致研究了磁化率，比热以及热传导等性质，希望能够为自旋冰体系的物理机制理解提供可靠的实验依据。
　　第一章主要综述了对自旋冰材料R2Ti2O7（R=Dy，Ho）的一些研究进展，包括磁化率，比热，中子衍射等各种实验结果，介绍了目前对该体系的磁性质和磁结构的理解，并简单描述了磁偶极矩模型和磁单极子模型。从中可以看出现阶段对自旋冰材料的研究还存在着很多问题和争议。
　　第二章重点介绍了我们在浮区法生长R2Ti2O7（R=Dy，Ho）单晶方面的探索，经过多次尝试，我们得到了比较理想的生长条件，获得了高品质的单晶。磁化率和比热的结果验证了自旋冰的基态性质，并与之前的工作符合很好。另外，我们用低温热传导行为对不同条件下退火的Dy2Ti2O7 单晶进行了深入研究，发现单晶中的氧缺陷对声子峰的影响非常小，从而认为R2Ti2O7 单晶所具有的较小的声子热导峰主要是由于材料中较强的磁涨落对声子产生的磁散射造成的。

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作者
吕艳艳;
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作者单位

中国科学技术大学;

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授予单位中国科学技术大学;
学科凝聚态物理
授予学位硕士
导师姓名孙学峰;
年度 2011
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类磁性材料;
关键词
阻挫磁性材料; 晶体结构; 单晶生长; 自旋冰;

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