一维自旋链氧化物的探索和磁性表征

探索一维自旋链磁性材料是凝聚态物理领域一个重要的研究课题，确认和理解其基态性质和相变规律等物理问题是当前的研究热点。针对这些物理问题，本项目以开发一维自旋链磁性氧化物作为目标，运用元件组装原理探索新颖的量子磁性材料，并且利用助熔剂法，坩埚密闭法，和石英管真空封管法探讨单晶材料的生长工艺以获得高质量单晶。在完成结构分析和单晶定向的基础上，通过测量低温、印加磁场等条件下的磁学和比热性质开展以下工作：(1) 设计开发和单晶生长具有不同磁结构特征的一维自旋链氧化物材料；(2) 观测材料的基态行为，用磁化强度以及比热的温度和磁场依赖关系加以表征；(3) 沿着晶体不同轴向，研究磁场驱动的自旋反转以及有序无序的相变行为，探讨自旋排列和形成机制。(4) 观测化学掺杂或元素置换导致的基态行为和量子相变的变化规律，从而进一步确立材料的结构和性能的相关性。

探索一维自旋链磁性材料是凝聚态物理领域一个非常活跃的研究课题，确认和理解其基态性质和量子相变规律等物理问题是当前的研究热点。本项目以制备新型过渡金属氧化物作为目标,围绕3d过渡金属硼酸盐、磷酸盐、钒酸盐和碲酸盐等氧化物材料进行了结构设计、固相合成、单晶生长和磁学表征。研究结果主要包括 (1)开发了Cu5V2O10、CoV2O6、K4Fe4P5O20、Pb2Ni(PO4)2、和Cu3TeO6在内的十多种新颖的自旋链磁性材料; (2)发现Cu5V2O10具有非常大的磁晶各向异性; (3)发现CoV2O6具有1/3磁化台阶; (4)揭示Pb2Ni(PO4)2磁场诱导相变行为；(5)确认K4Fe4P5O20和Cu3TeO6等材料的自旋阻措效应。为了更好地理解这些奇异的磁性现象，我们结合材料的结构特征，对磁性机理和自旋排列也做了很好的解释。另外，我们还单晶生长了许多大家共同感兴趣的低维磁性材料，为海内外合作单位提供大量的单晶样品。上述结果为今后进一步探索新型低维磁性材料和量子相变规律奠定了研究基础。