自旋阻挫材料由于其存在丰富的磁性和量子相变现象,成为凝聚态物理领域当前的研究热点之一。阻挫的一种情况就是所谓的几何阻挫,它是由于晶格的对称性,体系内磁相互作用不能被同时满足处于能量最小的状态,导致了基态的宏观简并和自旋涨落。其中烧绿石结构材料就是一种典型的三维自旋阻挫材料。这类材料低温下存在许多新奇的磁性质,如自旋液体、自旋冰等。针对这些材料,通过化学掺杂和元素替代可以引起多种量子态之间的竞争和转变,从而导致一些特殊的磁性。在本文中,我们通过元素替换和掺杂生长出R2AlSbO7（R=Er,Yb）和Tb2Ti2-xZrxO7单晶材料,并测量了它们的低温磁性和热输运性质,来研究它们的晶体场以及基态性质,为我们更加深入理解烧绿石材料的基态特征提供更多的实验依据。我们还研究了一维Ising链材料Ca3Co2O6的低温热输运性质。第一章首先介绍了几何阻挫和烧绿石材料的基本性质。然后,介绍了 XY型烧绿石材料R2B2O7（B=Ge,Ti,Sn）的实验研究进展,以及无序对XY型烧绿石材料基态性质影响的实验和理论研究。最后,概述了近几年Tb2Ti2O7基态性质的研究进展。第二章介绍了一种新型稀土化合物Er2AlSbO7的单晶生长和低温物性,其中A13+和Sb5+占据相同位置并形成随机分布。通过测量低温磁化率、比热以及热导率性质来研究体系的磁性质。Er2AlSbO7与R2B2O7（B=Ge,Ti,Sn）磁有序材料不同,在低温0.37 K以下发生了自旋冻结转变,这主要是由于体系中的结构无序造成的。在交流磁化率实验中,峰值位置与频率的依赖关系表现出团簇自旋玻璃特征。此外,热导率与温度和磁场的依赖关系表明体系中存在较强的自旋涨落,这可能是由于相竞争所导致的。第三章介绍了 Yb2AlSbO7单晶的低温磁性和比热性质,从低温磁化率得到其居里—外斯温度为负值,说明低温下表现出净的反铁磁交换作用,这和其他Yb2B2O7材料的结果不同。此外,低温比热结果表明Yb2AlSbO7在低温0.4K都没有出现磁转变,还需要进一步的实验来确定其基态性质。第四章介绍了 Tb2Ti2-xZrxO7单晶的低温比热和热输运实验结果。我们定量分析了比热结果,发现在Tb2Ti2xZrxO7中出现能级不均匀分布行为,这可能是由于掺杂引入的无序造成的。Tb2Ti2-xZrxO7单晶的热导率结果没有出现声子峰,并且在低温下表现出极低的热导率行为,可能是磁弹激发对声子的强烈散射造成的。热导率随磁场的依赖关系表现出复杂的行为,还需要进一步的理论和实验研究。第五章介绍了一种典型的一维Ising链材料Ca3Co2O6的低温热输运性质。我们用德拜模型拟合了零场热导率κ随温度变化的曲线,只表现出声子热导率的行为。没有观察到明显的热导率与磁场的依赖关系,说明磁激发既不导热也不散射声子。我们的结果表明Ca3Co2O6材料可以用Ising模型来描述。