中科院福建物構所何長振課題組：新型低維磁性材料研究獲進展

【成果簡介】

近日，中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室何長振課題組制備了自旋S=1/2的同構化合物BiOCu₂(XO₃)(SO₄)(OH)·H₂O [X = Te(1), Se(2)]。該系列化合物具有典型的二維層狀結構，二價Cu²⁺磁性離子的平面拓撲結構是介在籠目(kagome)晶格和星(star)晶格之間的新型自旋晶格。磁性測試結果表明，化合物1出現了非磁性自旋能隙基態，而化合物2在24?K以下出現反鐵磁有序態。理論計算模擬看出化合物1的自旋能隙基態可能是由于Cu²⁺離子的二聚體化，化合物2的反鐵磁基態則克服了Cu²⁺離子的二聚體化。這種由非磁性離子置換誘導的有序-無序量子相變現象在二維籠目(kagome)晶格相關體系中比較罕見。研究成果以題為“Octa-Kagomé Lattice Compounds Showing Quantum Critical Behaviors: Spin Gap Ground State versus Antiferromagnetic Ordering”發表在Journal of the American Chemical Society 上。

【圖文導讀】

圖1 福建物構所新型低維磁性材料研究獲進展?

圖2 性能表征

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（a）2的磁化率的溫度依賴性。插圖顯示了在H = 0?T時2獲得的熱容量數據。

（b）2在2 K時磁化（M）vs施加場（H）。

【研究內容】

由于自旋量子效應的存在，低維磁性材料會出現與三維磁性材料不一樣的磁性基態。對于二維自旋體系，量子漲落和熱漲落之間的競爭將主導磁相變行為，長程序反鐵磁相變有可能克服量子漲落而出現。但是，包含三角自旋網格特別是籠目(kagome)晶格的磁性材料，強烈的幾何阻挫和量子自旋漲落的作用會使長程有序的基態無法形成。對低維磁性材料的有序-無序量子相變現象的探索和對其機理的闡明是關聯電子體系中有待深入理解的基本物理問題，是目前材料科學和凝聚態物理領域最重要的研究熱點之一。

研究工作得到了國家自然科學基金面上項目和中科院重點部署項目的支持。

原文鏈接：http://www.cas.cn/syky/201710/t20171017_4618080.shtml

文獻鏈接：Octa-Kagomé Lattice Compounds Showing Quantum Critical Behaviors: Spin Gap Ground State versus Antiferromagnetic Ordering (J. Am. Chem. Soc., 2017, DOI:10.1021/jacs.7b09246)

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

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