电容型磁扭矩测量装置及其在低温强磁场下的应用

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费米面是凝聚态物理中至关重要的概念,不同的费米面结构形成了材料中丰富各异的光学、热学、电学以及磁学特性。在实验中,人们往往通过测量材料的物理特性在外磁场中的周期性变化行为(即量子振荡)来获取材料的费米面的信息。扭矩法是人们在研究材料磁学特性的振荡行为(德哈斯·范阿尔芬效应)的过程中发展而来的,是一种测量材料磁扭矩的有效实验手段。本论文中,我们首先依据扭矩法的测量原理制作了电容型磁扭矩测量装置,并将该装置安装于14T牛津超导磁体的旋转样品杆中;我们使用制作的电容型磁扭矩测量装置进一步研究了单晶铋的角分辨德哈斯·范阿尔芬效应(d Hv A)和反铁磁材料Mn3Sn的磁结构。论文将分为以下四个章节:第一章为绪论,首先介绍了费米面的起源、能带理论的发展以及费米面在研究材料物理性质中的重要作用。然后介绍量子振荡的发现和它与费米面之间的联系以及d Hv A效应的测量方法。最后简单介绍材料磁性的相关内容。第二章,我们根据磁扭矩的产生原理设计和制作了电容型磁扭矩测量装置,成功的将该装置安装于牛津超导磁体的旋转样品杆中并采集到了装置产生的微小电容信号,最终实现了对材料磁扭矩的测量。第三章,我们用电容型磁扭矩测量装置测量了单晶铋的角分辨d Hv A效应,观察到了铋中的电子型费米口袋在达到量子极限后出现的三重对称性破缺的现象,并猜测该谷极化的现象可能与铋中的Dirac电子的谷向列相有关。第四章,我们测量了反铁磁Mn3Sn在室温下的磁扭矩,得到了Mn3Sn的横向磁化与施加磁场模式的关系,验证了Mn3Sn的手性磁结构以及它对施加磁场模式的记忆行为。
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