Cs2CuCl4-xBrx单晶的制备与磁性研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuzhic
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几何阻挫材料一直是凝聚态物理领域颇受关注的热点,而具有强烈几何阻挫性的三角格子反铁磁材料中更是研究的重点,其具有量子自旋液体和分数磁化平台等重要性质,对于分析强阻挫磁性材料的基态具有重要的意义。其中由于量子涨落等作用的存在,几何阻挫的三角格子反铁磁材料Cs2CuCl4的基态行为非常复杂,这为真正透彻了解其基态变化过程带来了许多困难。本篇论文通过逐渐掺杂Br-离子替代Cl-离子,分析在极低温条件下Cs2CuCl4-xBrx的磁化率和比热的变化行为,这为我们对三角格子几何阻挫材料的基态研究起到了很好的帮助。  第一章主要综述了三角格子反铁磁材料的研究的历程和进展,详细介绍了一些三角格子反铁磁材料中重要的研究问题,例如量子自旋液体和分数磁化平台。随后介绍了几种典型的三角格子反铁磁材料,其中着重介绍了Cs2CuCl4低温下量子自旋液体的特殊物理状态。  第二章主要详细介绍Cs2CuCl4及Cs2CuCl4-xBrx单晶的制备方法和表征。利用溶液生长法,选取合适的生长条件,生长出高品质的Cs2CuCl4和Cs2CuCl4-xBrx单晶。晶体生长主要从溶质配比和温度来探讨和寻找最佳生长条件,我们还发现掺杂并不会改变晶体的结构。利用X射线衍射方法,对单晶材料进行了细致的结构表征,结果表明单晶的方向性很好且品质很高。  第三章主要测量和分析了Cs2CuCl4及Cs2CuCl4-xBrx单晶样品在极低温条件下磁化率随温度的变化关系x(T)以及比热数据C(T)。首先在Cs2CuCl4磁化率实验中,我们发现在T=2.5 K附近存在二维短程磁相互作用形成的宽峰;而在Cs2CuCl4-xBrx单晶中,当x<1时, Br-离子会首先取代bc面间的Cl-离子,bc面内的二维短程磁相互作用不会受到很大影响,宽峰位置并没有发生很大的变化;x>1时,Br-离子取代bc面内的Cl-离子,bc面内的二维短程磁相互作用受到很大影响,阻挫效应增强,宽峰逐渐向高温处移动,宽峰强度逐渐变弱。我们还测量了不同Br-离子浓度组分的Cs2CuCl4-xBrx单晶比热,并通过拟合得到各组分Cs2CuCl4-xBrx单晶的磁比热。我们发现Cs2CuCl4-xBrx单晶磁比热的变化趋势与磁化率相符,并进一步利用S=1/2 Heisenberg一维反铁磁链磁比热模型对Br-离子低掺杂浓度的Cs2CuCl4-xBrx单晶(x<1)磁比热数据进行了拟合和分析,两者符合的非常好。
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