準一維量子磁性材料的熱傳導研究.pdf

1、準一維量子磁性體系具有豐富的相圖和奇特的物理性質(zhì)。理論研究表明，對于可積的一維量子磁性體系來說，該體系的熱輸運是彈道的;對于不可積的體系則是擴散的。實驗上在一些不可積的體系（如S=1/2自旋梯子，甚至S=1自旋鏈）觀察到了非常大的磁激發(fā)熱導率和平均自由程，這表明該體系有可能存在彈道的熱輸運。因此，準一維磁性材料的熱輸運仍存在較多需要深入研究的問題。另外，研究準一維量子磁性材料的磁熱輸運還有助于了解磁激發(fā)的散射機制及其色散，增加對這些體系

2、的磁性質(zhì)的認識。
　　 針對上述問題，本論文研究了兩種S=1/2的阻挫自旋鏈材料和一種S=1的Haldane鏈材料的低溫熱輸運性質(zhì)。探討了阻挫材料處于反鐵磁有序態(tài)時磁激發(fā)參與傳熱的可能性;并討論了Haldane鏈材料中巨大的磁熱導率行為。論文正文共分為四章，每章的主要內(nèi)容概括如下:
　　 第一章綜述準一維量子磁性體系的熱傳導理論和實驗的研究進展。本章首先簡單地介紹了低維量子磁性體系的研究歷史和現(xiàn)狀，之后扼要介紹了熱傳導測

3、量方法和分析手段，然后重點介紹了S=1/2自旋鏈體系、S=1Haldane鏈體系和S=1/2的自旋梯子體系等三種準一維量子磁性體系的熱傳導理論和實驗結(jié)果，最后指出了在這些體系的熱傳導研究中依然存在些問題。
　　 第二章主要介紹Zn摻雜LiCu2O2單晶的熱輸運研究結(jié)果。LiCu2O2屬于S=1/2阻挫自旋鏈體系，并且具有內(nèi)稟的多鐵性。發(fā)現(xiàn)LiCu2O2單晶的熱導率隨溫度的變化表現(xiàn)出奇特的雙峰現(xiàn)象，并研究了非磁性Zn摻雜和外磁場對

4、LiCu2O2單晶的熱導率的影響，結(jié)果表明48K左右的熱導率峰主要來自聲子熱導率的貢獻，14K附近的熱導率峰是長程磁有序態(tài)的磁激發(fā)作為載熱準粒子參與熱輸運的結(jié)果。結(jié)果還表明其熱輸運行為類似于三維反鐵磁體。
　　 第三章主要介紹S=1的Haldane鏈材料Ni(C3H10N2)2NO2ClO4(簡稱NINO)單晶的磁熱輸運研究結(jié)果。發(fā)現(xiàn)平行和垂直于自旋鏈方向的熱導率表現(xiàn)出明顯的各向異性，分析表明這種各向異性特征是由磁激發(fā)參與熱輸運

5、所導致的，并且從總的熱導率中分離出磁激發(fā)熱導率的貢獻，發(fā)現(xiàn)其在低溫下具有近似的e指數(shù)的溫度依賴關(guān)系，暗示著這種材料中彈道的自旋輸運。
　　 第四章主要介紹S=1/2的類鉆石鏈阻挫材料藍銅礦(即Cu3(CO3)2(OH)2)單晶的熱傳導研究結(jié)果。熱導率隨溫度和磁場的變化關(guān)系表明低溫下該材料的聲子在部分溫區(qū)受到顯著的共振散射。當體系處于1/3磁化平臺時，自旋能隙的打開和增大使磁激發(fā)的數(shù)量減少，因此聲子受到的磁散射減弱，這使被壓制的聲