自旋冰材料R2Ti2O7(R=Dy,Ho)的單晶生長和低溫物性研究.pdf

1、阻挫磁性材料目前作為凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域的一個重要分支，其中自旋的幾何阻挫，即由晶體結(jié)構(gòu)的幾何對稱性造成的阻挫尤其引人注目。由于阻挫效應(yīng)的存在，自旋之間的相互作用互不相容，從而導(dǎo)致了基態(tài)的宏觀簡并，展現(xiàn)出豐富的量子磁性。燒綠石結(jié)構(gòu)的R2Ti2O7（R=Dy，Ho）是一種典型的幾何阻挫磁性材料，強的晶體場效應(yīng)使得正四面體頂點的磁性離子只能沿著晶體軸[111]方向成Ising模型排列。由于阻挫效應(yīng)的存在，材料中自旋與自旋之間的近鄰反鐵磁相互作

2、用和長程鐵磁的磁偶極相互作用之間相互競爭，導(dǎo)致了材料在低溫下具有六重簡并的“兩進兩出”自旋冰基態(tài)。另外，外加不同方向的磁場會不同程度地解除簡并，表現(xiàn)出豐富的磁相變行為。然而目前對自旋冰基態(tài)以及磁相變行為的研究仍然存在很多爭議。加之最近基于R2Ti2O7（R=Dy，Ho）材料提出的磁單極子模型從另外一個角度解釋了自旋冰體系的很多現(xiàn)象，與之前的磁偶極矩模型相比哪一種更加完善目前也不是很清楚。熱傳導(dǎo)測量被公認為是研究磁性材料的一種有效手段，它

3、不僅能很好地探測元激發(fā)，比如聲子，磁振子等的熱輸運性質(zhì)，還能很好地研究自旋—聲子耦合，磁結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)變以及磁場誘導(dǎo)的量子相變等行為。
　　 本文針對以上問題，首先對該材料的單晶生長進行了深入研究，在獲得更高品質(zhì)的單晶的基礎(chǔ)上，細致研究了磁化率，比熱以及熱傳導(dǎo)等性質(zhì)，希望能夠為自旋冰體系的物理機制理解提供可靠的實驗依據(jù)。
　　 第一章主要綜述了對自旋冰材料R2Ti2O7（R=Dy，Ho）的一些研究進展，包括磁化率，比熱，中子衍

4、射等各種實驗結(jié)果，介紹了目前對該體系的磁性質(zhì)和磁結(jié)構(gòu)的理解，并簡單描述了磁偶極矩模型和磁單極子模型。從中可以看出現(xiàn)階段對自旋冰材料的研究還存在著很多問題和爭議。
　　 第二章重點介紹了我們在浮區(qū)法生長R2Ti2O7（R=Dy，Ho）單晶方面的探索，經(jīng)過多次嘗試，我們得到了比較理想的生長條件，獲得了高品質(zhì)的單晶。磁化率和比熱的結(jié)果驗證了自旋冰的基態(tài)性質(zhì)，并與之前的工作符合很好。另外，我們用低溫?zé)醾鲗?dǎo)行為對不同條件下退火的Dy2Ti