自旋鏈體系Ca3Co2-xMnxO6的鐵電性和低溫熱傳導(dǎo).pdf

1、低維磁性材料具有豐富的相圖和奇特的物理性質(zhì)，并且與多鐵性、高溫超導(dǎo)等功能材料密切相關(guān)。對低維磁性材料的相圖和物理性質(zhì)的研究有助于探索引起這些奇異現(xiàn)象的機制，從而對尋求新的功能材料提供了幫助。因此關(guān)于低維磁性材料的研究吸引了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。近十幾年來，關(guān)于低維磁性材料中多鐵性的研究取得了顯著的成果，包括其機制的理論研究和材料的發(fā)掘。本論文中，選取了兩個典型的低維磁性材料，它們分別是Ising自旋鏈體系Ca3Co2O6和S=1的自旋鏈體

2、系NiCl2-4SC(NH2)2。通過Mn離子替代制備了Ca3Co2-xMnxO6和MnCl2-4SC(NH2)2單晶，詳細研究了它們的晶體制備和晶格結(jié)構(gòu)。另外還對它們的磁性質(zhì)、鐵電性和熱輸運性質(zhì)進行了細致的研究。本論文分為四章，每章的主要內(nèi)容概要如下:
　　第一章首先簡單地介紹了低維磁性體系的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，針對自旋鏈、自旋梯子和準二維磁性體系的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的性質(zhì)進行了討論。然后簡單介紹了多鐵性，并列出了幾種導(dǎo)致多鐵性的物理

3、機制，詳細討論了幾種低維磁性體系中的多鐵性。最后對準一維自旋鏈體系Ca3Co2O6和S=1的自旋鏈體系NiCl2-4SC(NH2)2的研究進展進行了概況，另外還對它們摻雜的研究工作也進行了討論。
　　第二章系統(tǒng)地研究了MnCl2-4SC(NH2)2單晶的生長條件，晶體生長主要從溶劑、原料的摩爾比和溫度的角度來探討它們對晶體質(zhì)量和形貌的影響，然后綜合各種因素得到單晶的最佳生長條件。通過單晶的四圓X射線衍射的分析得到了MnCl2-4S

4、C(NH2)2單晶的結(jié)構(gòu)特征。單晶的磁化率和比熱測量表明它是一個順磁性材料。根本的原因在于Mn2+離子3d軌道與最近鄰的Cl-離子3p軌道沒有交疊，即最近鄰的Mn2+離子之間沒有相互作用。
　　第三章系統(tǒng)地研究了摻雜量為x=0.72和0.26的Ca3Co2-xMnxO6單晶的結(jié)構(gòu)、電性質(zhì)和磁性質(zhì)。直流、交流磁化率和比熱的測量說明了x=0.72和0.26樣品在低溫下發(fā)生了自旋凍結(jié)。電極化的測量表明平行于c方向和垂直于c方向都存在電極

5、化，并且電極化的數(shù)值和溫度相較于之前研究的Ca3CoMnO6提高了許多。比熱和磁化率在電極化轉(zhuǎn)變溫度附近都沒有觀測到任何的異常情況，說明x=0.72和0.26樣品的電極化與磁性沒有關(guān)系。通過低溫XRD和拉曼光譜實驗，發(fā)現(xiàn)x=0.72和0.26樣品在相應(yīng)溫度點處有異常行為。這表明Co2+O6三角棱柱可能發(fā)生了Jahn-Teller畸變，這可能是導(dǎo)致x=0.72和0.26樣品中電極化的原因。
　　第四章研究了Ising自旋鏈Ca3Co

6、2O6和Mn摻雜的Ca3Co128Mn072O6單晶的熱輸運性質(zhì)。在零場的時候，它們在極低溫下都表現(xiàn)出了純聲子的熱導(dǎo)率行為，即熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系都非常接近T3關(guān)系。在極低溫下由于Ca3Co2O6存在非常大的能隙，因此極低溫下的熱導(dǎo)率基本不隨磁場變化。而高溫高場時，熱導(dǎo)率明顯的增加，說明了Ca3Co2O6的磁激發(fā)是參與導(dǎo)熱的。而Ca3Co128Mn072O6的熱輸運行為相對復(fù)雜。當平行于c方向的磁場小于4T時，溫度較低的熱導(dǎo)率在4T以下基