自旋鏈體系Ca3Co2-xMnxO6的鐵電性和低溫熱傳導.pdf

1、低維磁性材料具有豐富的相圖和奇特的物理性質，并且與多鐵性、高溫超導等功能材料密切相關。對低維磁性材料的相圖和物理性質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。因此關于低維磁性材料的研究吸引了科學家們的廣泛關注。近十幾年來，關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構。另外還對它們的磁性質、鐵電性和熱輸運性質進行了細致的研究。本論文分為四章，每章的主要內容概要如下:
　　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)的性質進行了討論。然后簡單介紹了多鐵性，并列出了幾種導致多鐵性的物理

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單晶的結構特征。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單晶的結構、電性質和磁性質。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。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。在零場的時候，它們在極低溫下都表現(xiàn)出了純聲子的熱導率行為，即熱導率與溫度的關系都非常接近T3關系。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率基本不隨磁場變化。而高溫高場時，熱導率明顯的增加，說明了Ca3Co2O6的磁激發(fā)是參與導熱的。而Ca3Co128Mn072O6的熱輸運行為相對復雜。當平行于c方向的磁場小于4T時，溫度較低的熱導率在4T以下基