强磁场对二维、三维反铁磁耦合的调制研究

摘要

磁场作为重要的热力学参数之一，如同温度、压力等，可以改变物质的内部能量，是研究材料物理现象和机理的一种有效实验条件。特别是强磁场，在磁性材料研究中既可以起到性能的调控，同时也可以作为一种非常直观有效的手段去测量材料物性。在本论文所选题的准二维和三维反铁磁耦合材料的研究中，强磁场与磁各向异性相互作用并调控其各向异性行为，从而为研究多维体系的磁结构以及磁电性质提供了又一重要研究手段。主要研究内容如下：
　　一、阐述了强磁场在材料科学和凝聚态物理研究方面的重要性，简要介绍了ThCr2Si2类的磁性材料的研究进展，包括具有层间非线性反铁磁结构TlCo2Se2单晶的研究近况。概述了钙钛矿型锰氧化物这一庞大体系的晶格结构、磁结构、电子结构和输运性质等。
　　二、为了系统研究外磁场对二维磁耦合各向异性性质的调控过程，研制了基于脉冲强磁场和低温环境的旋转样品测量杆，结合数字锁相技术，实现了任意角度下电输运微小信号的连续测量。开发了基于脉冲强磁场的应变测量方法，并对所选二维磁耦合系统自旋-晶格耦合诱导的磁致伸缩进行了初步研究。
　　三、系统研究了TlCo2Se2单晶的磁性、电输运和应变性质以及电输运与磁化行为的各向异性性质。实验发现在88K时存在明显的反铁磁转变，当外加磁场沿垂直和平行于c方向分别增加到17T和30T时，其磁化强度达到饱和，显示出极强的磁各向异性。结合强磁场下的磁化、电输运和应变测量，得到了详细的、彼此自洽的层内与层间Co离子的磁耦合关系，从而描绘出了TlCo2Se2单晶完整的高场磁相图。
　　四、利用光学浮区法成功制备了高质量的Nd0.45Sr0.55MnO3单晶样品。磁化测量结果表明在212K下样品具有非常明显的反铁磁结构。在电输运性质的研究中，发现其磁各向异性在磁电阻的变化上得到了明显的反映，但磁化测量中表现并不显著。
　　五、以La0.5Ca0.5MnO3作为母体化合物，选择Zn和Ba作为掺杂元素替换A位Ca离子来研究强磁场和A位掺杂对电荷有序反铁磁耦合的调控作用。实验设计上保证在掺杂过程中Mn3+/Mn4+的比例不发生改变，从而不改变其电荷有序反铁磁物理结构。利用脉冲强磁场和掺杂导致的晶格畸变的共同作用，为研究其电荷有序反铁磁耦合探索了一种新的有效实验途径。

目录

声明

1 绪论

1.1 强磁场在科学研究的作用

1.2“准二维”TlCo2Se2单晶研究背景简介

1.3 具有三维磁耦合的钙钛矿型锰氧化物简介

1.4 本文的选题依据

2脉冲强磁场下测量方法设计与研制

2.1 脉冲强磁场旋转杆的研制及应用

2.2 脉冲强磁场下锁相测量系统

2.3 脉冲强磁场下应变测量系统

2.4 脉冲强磁场下磁化测量系统基本原理

2.5 脉冲强磁场测量系统基本组成

2.6 本章小结

3 二维层状结构TlCo2Se2单晶中的三维自旋翻转

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 基本表征测量结果与分析

3.4 磁化测量实验结果与分析

3.5 电输运测量实验结果与分析

3.6 应变测量实验结果与分析

3.7 相图

3.8 本章小结

4 Nd0.45Sr0.55MnO3单晶电荷有序各向异性行为研究

4.1 引言

4.2 Nd0.45Sr0.55MnO3的单晶制备与实验

4.3 Nd0.45Sr0.55MnO3单晶磁性质结果与分析

4.4 Nd0.45Sr0.55MnO3单晶输运性质结果与分析

4.5 本章小结

5掺杂对La0.5Ca0.5MnO3电荷有序相的影响

5.1 引言

5.2 实验方法

5.3 La0.5Ca0.5-xZnxMnO3结果与分析

5.4 La0.5Ca0.5-xBaxMnO3结果与分析

5.5 本章小结

6 全文总结

致谢

参考文献

附录 博士期间发表文章清单