准二维氧化物Ni3V2O8和KMo6O17的强磁场深入研究

摘要

近年来，低维强关联系统由于其各种有序现象，引起了人们的极大兴趣。阻挫磁性材料正是其中代表性系统之一。阻挫磁性材料由于其内部多种相互作用间不能共存，而具有简并的量子基态，并展现出奇特的磁有序性质及丰富的相变。这些宏观量子效应一般需要在强磁场下才能被观察与研究。脉冲强磁场作为一种极端的实验条件，成为研究这类物理问题的有力手段之一。本文主要针对具有准二维结构的阻挫材料 Ni3V2O8及准二维强关联材料 KMo6O17，利用脉冲强磁场实验条件研究两类材料在强磁场下诱导的各种相变行为。本论文工作主要包括：
　　1．利用光学浮区法生长出大尺寸、高质量的阻挫磁性材料Ni3V2O8单晶。各向异性的磁性研究表明，我们制备的单晶质量高，磁性质与文献报道一致。通过系统深入的变温和扫场（H<12T）磁性测量，我们观察到新的相边界，并进一步揭示了H//a的低场H-T磁相图。
　　2．利用60T脉冲强磁体，我们系统研究了Ni3V2O8磁场诱导的相变行为。H//a时，磁场诱导产生连续的磁相变及分数磁化平台。我们对这些性质进行了不同温度和磁场脉宽的研究；H//b时，我们通过强磁场磁化和比热测量首次构建了该方向完整的H-T磁相图，并在强磁场下观察多个新的磁有序相。这对于深入理解 Ni3V2O8中复杂的磁相互作用和阻挫效应具有一定帮助。
　　3．我们研究了KMo6O17在强磁场下的量子输运性质，观察到由泡利效应和轨道效应导致的磁诱导相变行为，高场下的SdH量子振荡揭示了低温费米面性质；通过转角电输运性质测量，我们揭示了两个新的角度区间。在这两个角度区间内，磁电阻具有不同的归一化特性。这两种不同角度区间的形成有可能与各个相变的起源不同相互关联。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 物质磁性概述

1.3 磁性阻挫材料

1.4 磁相变

1.5 分数磁化平台

1.6 武汉国家脉冲强磁场科学中心

1.7 论文的安排及目的

2 脉冲强磁场的磁化及电输运测量

2.1 引言

2.2 脉冲强磁场磁化测量系统

2.3 脉冲强磁场电输运测量系统

2.4 脉冲强磁场测量系统辅助部分

2.5 本章小结

3 准二维量子磁性材料Ni3V2O8的晶体制备及基本磁性研究

3.1 引言

3.2 光学浮区法生长Ni3V2O8单晶

3.3 磁化率测量

3.4 磁化强度测量

3.5 磁场沿a方向的H-T相图

3.6 本章小结

4 量子磁性材料Ni3V2O8的强磁场磁性研究

4.1 引言

4.2 Ni3V2O8多晶样品的强磁场研究

4.3 Ni3V2O8单晶的前期强磁场磁化研究

4.4 H//a方向的强磁场磁化深入研究

4.5 H//b方向的强磁场磁化研究

4.7 H//c方向的强磁场磁化研究

4.8 磁场脉宽与强磁场磁化测量

4.9 Co3V2O8单晶在强磁场下的磁性测量

4.10 本章小结

5 准二维量子材料KMo6O17强磁场输运性质研究

5.1 引言

5.2 低维量子材料KMo6O17的晶体及电子结构

5.3 样品制备及R-T性质测量

5.4 脉冲强磁场下变温磁电阻研究

5.5 脉冲强磁场下转角电输运性质研究

5.6 本章小结

6 全文总结与工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文目录