准一维自旋链BaxSr1-xMn2V2O8的单晶生长与磁性研究

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理论上理想的一维反铁磁自旋系统由于强烈的量子涨落而在有限温度下难以形成长程磁有序。然而在实际的晶体中,由于弱的链间相互作用或掺入非磁性杂质等因素的影响,系统会有形成三维反铁磁长程有序的趋势。低自旋量子数化合物的物理性质会受到量子涨落的强烈影响,高自旋量子数化合物会表现出更经典的行为。作为低维磁体的AMn2V2O8,自旋值S=5/2较大,其磁性既可能表现出经典行为又可能表现出量子行为。本文通过光学浮区法生长了BaxSr1-xMn2V2O8系列固溶体单晶,对其磁性进行了系统的研究。具体研究成果如下:(1)通过对BaMn2V2O8单晶在不同方向上的磁化强度(M-T)和磁化曲线(M-H)的研究,发现BaMn2V2O8单晶是磁相变温度为TN=37 K的反铁磁体。不同方向上的磁化曲线均不存在滞回现象,故系统不存在反对称的自旋轨道耦合(DM相互作用)。在磁转变温度以下,沿着c轴的磁化强度在温度降低的时候略微增大,而垂直于c轴的磁化强度则表现出减小趋势,说明磁矩更倾向于沿着垂直于c轴的方向(ab平面内)排列,且在ab平面内相邻自旋取向相反。基于以上结果,我们推测出了BaMn2V2O8单晶的一种可能的磁结构:自旋在ab平面内互相反平行排列,在c轴方向上相邻自旋反平行排列形成沿着c轴的螺旋链。(2)SrMn2V2O8单晶的磁化曲线在低温下表现出弱铁磁性,表明磁矩之间有夹角,是自旋倾斜的反铁磁体。当用Sr离子取代BaMn2V2O8单晶中的Ba离子时,系统磁性发生了非单调变化。随着Sr含量的增加,BaxSr1-xMn2V2O8系统的弱铁磁性先增大后减小,Ba0.5Sr0.5Mn2V2O8单晶样品的弱铁磁性最强。通过高温磁化率拟合发现,链内最近邻反铁磁相互作用随着Sr含量的增加呈现出先减小后增大的变化规律,Ba0.5Sr0.5Mn2V2O8受到的链内最近邻反铁磁相互作用最弱,所以表现出相对较强的弱铁磁性。(3)最近邻相互作用的强弱与相邻自旋之间的距离以及它们之间电子云的交叠情况有关。相邻自旋之间的间距越小,最近邻相互作用越强;相邻电子云交叠的区域越小,最近邻相互作用越弱。在BaxSr1-xMn2V2O8体系中,随着Sr含量的增多,相邻自旋相隔的距离会变小,但是自旋之间的完全反平行被打破,磁矩夹角的出现导致电子云交叠区域也变小,因此相邻自旋之间的相互作用出现了非单调变化。
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