拉曼光谱对准一维量子磁体TiOCl变温和加压下的相变研究
发布时间：2021-04-11 20:39
低维量子磁体由于其基态的新颖性及其与高温超导的关系而受到了人们的广泛关注。对于准一维反铁磁体,人们把很多的注意力集中在准一维S=1/2海森堡链材料上,这些材料经历了自旋-派尔斯相变到二聚化单重态基态的转变。对于这些存在自旋-派尔斯相变的材料的高质量单晶研究能够极大地丰富我们关于量子基态性质的研究,甚至在对这些材料进行非磁性掺杂时,它们可能会发生金属态到绝缘体的转变,并且可能显示出超导性。而氯氧化钛（TiOCl）作为一种有间隙基态的准一维自旋1/2量子磁体,非常具有进一步研究的价值。拉曼光谱是一种能够准确、便捷地对材料的结构进行表征的测试手段,而且从拉曼光谱中我们可以得到材料的某些磁性信息。我们采用拉曼光谱来对TiOCl单晶进行测试,从而了解其在温度变化和在压力变化下出现的相变。我们通过化学气相传输法（CVT）成功制备了TiOCl单晶,通过扫描电镜（SEM）表征了材料的形貌,通过X射线衍射仪（XRD）表征了材料的结构,通过能谱仪（EDS）表征了材料的成分,从而表明单晶质量较好。然后,通过磁学性质测量系统（MPMS）对TiOCl单晶的磁性进行了相关测试,得到了不同磁场下的磁化率曲线,发现在...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种只考虑最近邻反铁磁交换作用的低维自旋结构示意图[10]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-能隙，而具有整数自旋的低维体系却存在单重基态，且激发态存在能隙[38]。出现这种差别的原因是费米子和玻色子之间在本质上的区别，其交换作用的不同也导致对磁激发的影响。尽管理论预言了S=1/2海森堡反铁磁自旋链为无能隙激发，但是实际上，仍然在一些实验中观察到了与之相悖的现象，比如CuGeO3和TiOCl，它们都会由于一维系统的不稳定性而发生自旋-派尔斯相变，从而导致打开能隙。低维磁体中的磁各向异性会使其性质变得丰富，比如出现复杂的相图，以BaCo2V2O8为例[39]，该材料在沿c轴方向外加磁场的作用下会出现不同的磁相变，如图1-2所示。图1-2BaCo2V2O8的温度-磁场相图[39]而且，对于低维磁体来说，它们的典型磁化率也会有所不同，如图1-3所示，由于短程相互作用的存在和自旋空间对称性的影响，导致其磁化率曲线在高温段会有一个宽峰的存在[40]，准一维自旋链在高温部分的磁化率可用公式1-4来表示：TkETCTBiexp（1-4）式中Ei——系统在该状态下的能量；C——居里常数；kB——玻尔兹曼常数。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-此公式所描述的函数曲线形状即为磁化率在高温段处显示的随温度降低的先增大再减校图1-3低维磁体的典型磁化率[40]一维自旋系统指的是材料中的磁性原子按照线性进行排列所形成的一维自旋链。这里以D来表示自旋的维度，对于一维体系来说，如果形成的一维自旋链中的自旋方向都朝着同一个方向，那么这样的自旋叫做Ising自旋（D=1）；如果一维自旋链的自旋朝向为面内的任意方向，那么这样的自旋就叫做XY自旋（D=2）；如果一维链的自旋朝向不受限制，可以朝向三维空间中的随意某个方向，那么这样的自旋叫做Hersenberg自旋（D=3）。图1-4中所示为四种比较常见的一维自旋磁体的结构示意图：a)线性链化合物Y2BaNiO5[41]、b)Zigzag链化合物SrGdO4[42]、c)钻石链化合物Cu3(CO3)2(OH)2[43]和d)锯齿链化合物Rb2Fe2O(AsO4)2[44]。图1-4四种常见一维材料的自旋结构[41-44]a)Y2BaNiO5b)SrGdO4c)Cu3(CO3)2(OH)2d)Rb2Fe2O(AsO4)2
【参考文献】：
期刊论文
[1]长链间距准一维Cs2Cr3As3中的超导电性（英文）[J]. 汤章图,鲍金科,王震,白桦,蒋好,刘艺,翟会飞,冯春木,许祝安,曹光旱. Science China Materials. 2015(01)
本文编号：3131923
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种只考虑最近邻反铁磁交换作用的低维自旋结构示意图[10]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-能隙，而具有整数自旋的低维体系却存在单重基态，且激发态存在能隙[38]。出现这种差别的原因是费米子和玻色子之间在本质上的区别，其交换作用的不同也导致对磁激发的影响。尽管理论预言了S=1/2海森堡反铁磁自旋链为无能隙激发，但是实际上，仍然在一些实验中观察到了与之相悖的现象，比如CuGeO3和TiOCl，它们都会由于一维系统的不稳定性而发生自旋-派尔斯相变，从而导致打开能隙。低维磁体中的磁各向异性会使其性质变得丰富，比如出现复杂的相图，以BaCo2V2O8为例[39]，该材料在沿c轴方向外加磁场的作用下会出现不同的磁相变，如图1-2所示。图1-2BaCo2V2O8的温度-磁场相图[39]而且，对于低维磁体来说，它们的典型磁化率也会有所不同，如图1-3所示，由于短程相互作用的存在和自旋空间对称性的影响，导致其磁化率曲线在高温段会有一个宽峰的存在[40]，准一维自旋链在高温部分的磁化率可用公式1-4来表示：TkETCTBiexp（1-4）式中Ei——系统在该状态下的能量；C——居里常数；kB——玻尔兹曼常数。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-此公式所描述的函数曲线形状即为磁化率在高温段处显示的随温度降低的先增大再减校图1-3低维磁体的典型磁化率[40]一维自旋系统指的是材料中的磁性原子按照线性进行排列所形成的一维自旋链。这里以D来表示自旋的维度，对于一维体系来说，如果形成的一维自旋链中的自旋方向都朝着同一个方向，那么这样的自旋叫做Ising自旋（D=1）；如果一维自旋链的自旋朝向为面内的任意方向，那么这样的自旋就叫做XY自旋（D=2）；如果一维链的自旋朝向不受限制，可以朝向三维空间中的随意某个方向，那么这样的自旋叫做Hersenberg自旋（D=3）。图1-4中所示为四种比较常见的一维自旋磁体的结构示意图：a)线性链化合物Y2BaNiO5[41]、b)Zigzag链化合物SrGdO4[42]、c)钻石链化合物Cu3(CO3)2(OH)2[43]和d)锯齿链化合物Rb2Fe2O(AsO4)2[44]。图1-4四种常见一维材料的自旋结构[41-44]a)Y2BaNiO5b)SrGdO4c)Cu3(CO3)2(OH)2d)Rb2Fe2O(AsO4)2
【参考文献】：
期刊论文
[1]长链间距准一维Cs2Cr3As3中的超导电性（英文）[J]. 汤章图,鲍金科,王震,白桦,蒋好,刘艺,翟会飞,冯春木,许祝安,曹光旱. Science China Materials. 2015(01)
本文编号：3131923
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