过渡金属硒/碲酸盐的结构转变与磁相变

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过渡金属硒/碲酸盐由于具有丰富多样的结构与磁学性质受到了凝聚态物理学家的广泛关注。探索新的结构,生长高品质单晶,以及进一步分析结构与磁性之间的构效关系已经成为该体系磁性研究的重要工作。本论文选择过渡金属硒/碲酸盐体系作为研究对象,利用水热方法以及助溶剂法生长单晶,研究其结构转变以及磁场诱导的相变行为。主要工作如下:在绪论部分,我们介绍了过渡金属硒/碲酸盐的研究现状,晶体的结构转变和物性变化,以及一些有趣的磁场诱导相变行为。在第一章,我们利用水热法合成了一种新的亚硒酸盐化合物Ca Ni2(Se O3)3·2H2O,其Ni2O9二聚体单元和Se O32-阴离子组成了Zemannite类型框架,Ca2+离子和水分子位于蜂窝状孔道内。该化合物经过热处理会发生晶体—晶体结构转变,部分脱水使得结构轻微收缩从而得到Ca Ni2(Se O3)3·1.5H2O,完全脱水变成具有方形框架结构的Ca Ni2(Se O3)3。磁化率结果表明Ca Ni2(Se O3)3·2H2O和Ca Ni2(Se O3)3·1.5H2O分别在21 K和18 K出现短程反铁磁序,并分别在13.9 K和12.6 K形成长程反铁磁序。Ca Ni2(Se O3)3则表现出更复杂的磁行为,在39.2 K形成短程反铁磁序,并在37.6 K和6.9 K发生了连续的反铁磁转变。此外,Ca Ni2(Se O3)3在磁场作用下发生了类似spin-flop相变行为。在第二章,我们利用水热法生长了Fe2(Te O3)2(SO4)·3H2O单晶样品。该化合物的Fe2O10二聚体单元与Te O32-阴离子基团连接在ac面上形成二维层,SO42-阴离子和水分子位于层间。磁化率结果显示体系在32.5 K时发生了反铁磁转变,易磁化轴为c轴,并且在a和b方向具有较弱的铁磁分量。当磁场平行于c方向时,在~7.1 T时发生了磁场诱导的spin-flop相变。值得注意的是Fe2(Te O3)2(SO4)·3H2O拥有很大的磁各向异性,在2 K时其磁各向异性能达到4.78(3)×10~8ergs/cm~3,这可能是由于Fe O6八面体发生了强烈畸变从而引起了较强的单离子各向异性以及自旋轨道耦合作用。在第三章,我们利用助溶剂法得到了两个新的碲酸盐化合物:Ca M2Te O6(M=Co,Ni)。这两个化合物具有相同的结构,两个位点的M原子通过共边连接的方式分别形成两条沿b方向的链,链与链通过共顶点连接的方式形成三维结构。磁化率和比热结果表明Ca Co2Te O6分别在16.5 K和14.4 K发生了连续的反铁磁转变。当磁场沿着易轴方向(c轴)时,体系在Hc1=3.49 T和Hc2=5.38 T分别发生了磁场诱导的相变。对Ca Ni2Te O6多晶样品进行表征,发现该样品在32 K时发生了反铁磁有序,并且具有较弱的铁磁分量,说明其基态为倾斜反铁磁类型。
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