氧化物磁性材料Cu3(CO3)2(OH)2和SrEr2O4的低溫?zé)醾鲗?dǎo).pdf

1、在自然界中，氧化物是一種十分普遍存在的化合物。而相應(yīng)的由磁性氧化物組成的功能性材料也被人們大量的應(yīng)用到生產(chǎn)和生活中。在氧化物組成的磁性材料中，由于存在晶格、電荷、自旋和軌道等多種自由度之間的相互作用，能夠產(chǎn)生許多新奇的物理行為。這些氧化物磁性材料不僅為例如龐磁阻材料、多鐵性材料、磁熱開(kāi)關(guān)材料等基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域中開(kāi)拓了廣闊空間，在信息儲(chǔ)存、能量轉(zhuǎn)換、電子傳感等日常生活中的各個(gè)領(lǐng)域也得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用。隨著科技的日新月異和應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)

2、展，這些由氧化物構(gòu)成的磁性材料更能得到蓬勃的發(fā)展。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)在氧化物磁性材料中，熱輸運(yùn)行為能表現(xiàn)出很奇特的性質(zhì)。在這些材料中，與磁性相關(guān)的元激發(fā)可以參與傳導(dǎo)熱量或者散射聲子，與聲子存在非常強(qiáng)的耦合作用。因而，研究這類(lèi)材料的熱輸運(yùn)行為，有助于更深刻的理解在典型氧化物磁性材料中磁激發(fā)以及其磁基態(tài)行為等。
　　在本論文，我們針對(duì)準(zhǔn)一維量子磁體Cu3(CO3)2(OH)2、多層鈣鈦礦材料GdBaMn2O5.0、具有zigzag自旋鏈

3、的阻挫磁性材料SrEr2O4等幾種氧化物磁性材料熱導(dǎo)率進(jìn)行了熱輸運(yùn)性質(zhì)的測(cè)量與研究，論文共分為四章，每章主要內(nèi)容概括如下:
　　第一章綜述了氧化物磁性材料中的熱輸運(yùn)性質(zhì)研究進(jìn)展。首先介紹了低維磁性一些基礎(chǔ)知識(shí)以及研究背景，接著討論的是在一些低維量子磁性材料中，特別是在存在自旋能隙體系中，磁激發(fā)對(duì)聲子熱導(dǎo)率的兩種表現(xiàn)行為:傳導(dǎo)熱量和散射聲子。然后介紹了具有低維阻挫自旋鏈SrLn2O4(Ln=Gd，Dy,Ho，Er,Tm和Yb)的研究

4、背景與進(jìn)展，對(duì)其體系存在的各種相互作用進(jìn)行闡述，分析了這類(lèi)材料的相圖。最后介紹了層狀鈣鈦礦材料中，磁振子熱傳導(dǎo)貢獻(xiàn)以及其中存在的自旋聲子耦合現(xiàn)象。
　　第二章報(bào)道了準(zhǔn)一維反鐵磁類(lèi)鉆石自旋鏈材料Cu3(CO3)2(OH)2低溫比熱以及低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下的熱導(dǎo)率研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，零場(chǎng)下，熱導(dǎo)率在低溫下的很大一段溫區(qū)內(nèi)都比較小并且表現(xiàn)出顯著的三峰結(jié)構(gòu)。磁場(chǎng)沿著和垂直于自旋鏈方向的熱導(dǎo)率變化行為與磁比熱在磁場(chǎng)下的變化行為十分一致。基于聲子熱導(dǎo)率D

5、ebye模型的數(shù)據(jù)分析表明，該體系的熱輸運(yùn)僅是單純的聲子熱傳導(dǎo)行為，磁激發(fā)主要是散射聲子而不是傳導(dǎo)熱量。零場(chǎng)熱導(dǎo)曲線上的三峰結(jié)構(gòu)可以被兩個(gè)不同的聲子共振散射過(guò)程很好地描述。
　　第三章主要介紹了多層鈣鈦礦磁性材料GdBaMn2O5.0單晶的熱輸運(yùn)行為。GdBaMn2O5.0是一個(gè)亞鐵磁材料，Mn離子在TN=144K會(huì)發(fā)生一個(gè)反鐵磁轉(zhuǎn)變。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沿著c方向的熱導(dǎo)率在Néel溫度以下表現(xiàn)出一個(gè)較寬的鼓包，這表明沿著c方向有

6、磁振子的熱輸運(yùn)貢獻(xiàn)。而在a方向，熱導(dǎo)率隨溫度變化的曲線在Néel溫度附近，卻表現(xiàn)出了一個(gè)扭折的行為。這是由于在臨界相變處，存在很強(qiáng)的磁振子對(duì)聲子的散射現(xiàn)象，導(dǎo)致熱導(dǎo)率在此處減小。另外，我們還發(fā)現(xiàn)在很低溫度下，熱導(dǎo)率隨磁場(chǎng)變化基本上表現(xiàn)Gd3+離子順磁散射的特性，然而在強(qiáng)場(chǎng)下卻變化比較小，這表明在這樣很低的溫度下，Gd3+和Mn2+/Mn3+相互作用還是很強(qiáng)的。
　　第四章介紹了具有zigzag自旋鏈結(jié)構(gòu)的阻挫磁性材料SrEr2O4

7、單晶在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下a和c方向熱導(dǎo)率測(cè)量結(jié)果。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)沿著兩a和c方向，體系表現(xiàn)出完全不同的磁行為。當(dāng)磁場(chǎng)平行于c方向，出現(xiàn)Néel磁有序的Er1離子組成的自旋鏈在0.5T附近先發(fā)生一個(gè)磁轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)了一半Er1自旋轉(zhuǎn)到a方向這樣的一個(gè)中間態(tài)。然后隨著磁場(chǎng)增加，Er1自旋逐漸被極化，熱導(dǎo)率開(kāi)始恢復(fù)。繼續(xù)加磁場(chǎng)，另一條由Er2離子組成的自旋鏈也逐漸被極化。一個(gè)有趣的現(xiàn)象就是在兩條鏈先后被極化之間我們?cè)跓釋?dǎo)率上觀察到了“類(lèi)平臺(tái)”行為。沿著