自旋阻挫材料R2Ti2O7單晶的低溫?zé)醾鲗?dǎo).pdf

1、在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，自旋阻挫材料的研究一直以來都是一個重要的課題。幾何阻挫的存在使得這類材料具有高度簡并的基態(tài)，而很難進(jìn)入常規(guī)的磁長程有序態(tài)，其中的自旋漲落在很低的溫度下仍存留，也因此導(dǎo)致了許多新奇的磁基態(tài)性質(zhì)，如自旋液體，自旋冰等。而備受關(guān)注的量子自旋冰態(tài)，被認(rèn)為是一種自旋阻挫的強關(guān)聯(lián)體系，存在量子磁單極子的特殊元激發(fā)。
　　本文中我們詳細(xì)研究了燒綠石結(jié)構(gòu)R2Ti2O7(R=Dy，Yb，Tb)的自旋阻挫材料。針對這些材料中存在的自

2、旋漲落及磁激發(fā)等，我們進(jìn)行了低溫?zé)彷斶\性質(zhì)的測量，在低溫時這些體系中對聲子的散射主要來自于其中的磁漲落以及磁激發(fā)準(zhǔn)粒子，熱導(dǎo)率的結(jié)果能夠很好的反應(yīng)這些材料的基態(tài)性質(zhì)，有助于我們理解自旋阻挫材料的磁基態(tài)性質(zhì)。
　　第一章介紹了燒綠石晶格結(jié)構(gòu)中的幾何阻挫效應(yīng)，概述了稀土鈦氧化物材料中存在的豐富基態(tài)性質(zhì)，并詳細(xì)介紹了自旋冰材料Dy2Ti2O7，表現(xiàn)出自旋液體基態(tài)的Tb2Ti2O7，以及低溫下存在量子相變的Yb2Ti2O7的研究進(jìn)展，最后

3、指出了這些體系中目前仍待研究的一些問題。
　　第二章主要研究了自旋冰材料Dy2Ti2O7在低溫時的不可逆熱導(dǎo)率行為以及弛豫現(xiàn)象。κ(H)的回滯與弛豫效應(yīng)密切相關(guān)，并且H//[111]的機制與[110]及[100]方向中有所不同。磁場抑制磁單極子導(dǎo)熱的說法并不能完全解釋熱導(dǎo)率在低場中的減小;此外，熱導(dǎo)率在高場下(＞7T)仍然存在于磁場強烈的依賴關(guān)系，這種情況在早期的工作中并沒有發(fā)現(xiàn)。結(jié)果表明，Dy2Ti2O7中熱導(dǎo)率是純聲子的，磁單

4、極子即使參與導(dǎo)熱也并不占主導(dǎo)地位，低溫下的慢自旋動力學(xué)過程是熱導(dǎo)率不可逆性以及弛豫行為的來源。
　　第三章主要介紹了量子自旋冰Yb2Ti2O7的單晶生長和極低溫?zé)彷斶\性質(zhì)。我們在Yb2Ti2O7的κ(T)曲線上在200mK觀察到了對應(yīng)量子相變的扭折，在量子相變點以上附近溫區(qū)，存在量子磁單極子對熱導(dǎo)率的貢獻(xiàn)，熱導(dǎo)率在磁場中的表現(xiàn)主要歸因于自旋在磁場中被極化后抑制了自旋漲落。此外κ(H)曲線在磁場誘導(dǎo)的磁轉(zhuǎn)變處表現(xiàn)出尖銳的低谷行為。令

5、人費解的是在高場時的κ(T)仍未恢復(fù)T3關(guān)系，表明在高場中仍存在著某種微觀機制影響熱導(dǎo)率。
　　第四章主要介紹了非磁性Zr摻雜的Tb2Ti2O7的單晶生長及物性研究。我們利用光學(xué)浮區(qū)爐生長了Zr摻雜的Tb2Ti2-xZrxO7(x=0.02，0.1，0.4)單晶，并進(jìn)行了磁性質(zhì)，比熱以及低溫?zé)彷斶\性質(zhì)的測量。我們發(fā)現(xiàn)摻雜樣品的磁化性質(zhì)在低溫下表現(xiàn)出明顯的磁各向異性，對比熱結(jié)果的擬合表明Zr4+離子的摻雜會導(dǎo)致Tb2Ti2O7的基態(tài)