二维层状结构3d过渡金属硫/硒/鍗酸盐的制备和磁学研究

Two-dimensional(2D) magnetic materials have attracted much attention due to the discovery of their exotic magnetic behaviors. Current interest is mianly concentrated on exploring new 2D spin systems and understanding their magnetic ground states. In this project, we are focussing on syntheses and magnetic properties of transition-metal surflates, selenates and tellurates with a layered structure. Search for new 2D magnetic materials is based on the assembly of suitable magnetic ions, large cations and anionic groups. The investigation of change on structural and magnetic behaviors is based on controlling structure and element substitution. Theoretical simulation and calculation will give reasonable explanation for the nature of magnetic behaviors including spin-arrangement and magnetic coupling exchange. Our works will lay a foundation for the correlation of component, structure, and magnetic property of 2D magnetic materials.

二维磁性材料由于其独特的磁性现象引起人们的极大兴趣，探索新颖二维磁性材料并研究其磁性基态行为等科学问题是当前的研究热点。本项目是以探索二维层状结构的过渡金属氧化物硫酸盐、硒酸盐和鍗酸盐材料和研究其磁性作为目标。通过选择适当的磁性离子、阳离子和阴离子基团设计制备新颖的二维磁性材料，通过结构调控和元素置换等方法观察其结构和磁性基态行为的变化规律，通过理论计算推测自旋排列方式和磁交换作用机制，并从微观角度认识磁性耦合作用以及磁性机理。本项目的研究工作将为构筑二维磁性材料的组成、结构和磁性之间的相关性奠定实验基础。

由于层状结构过渡金属氧化物蕴含着非常丰富的磁性现象, 开发新型二维自旋体系并研究其磁性特征是材料科学和凝聚态物理领域一个非常活跃的研究课题。本项目以制备新型层状结构的过渡金属氧化物作为目标,围绕3d过渡金属硫酸盐、硒酸盐以及鍗酸盐等氧化物材料进行了结构设计、水热合成和磁学表征。研究结果主要包括 (1)开发了十多种新颖的3d过渡金属层状结构氧化物材料; (2)发现了第一个具有Kagome-strip结构的化合物; (3)发现了第一个Cu7自旋簇化合物; (4)发现了第一个具有9/16缺陷的三角格子化合物；(5)发现了第一个介在笼目(kagome)晶格和星(star)晶格之间的octa-kagome自旋晶格的化合物；(6)开发了两个新型阿基米德格子化合物；(7) 开发了平面正方棋盘(checkerboard)晶格化合物。我们对这些材料的结构调控、元素替代以及磁性基态进行了系统全面的研究，发现了许多新的磁性现象。这些研究结果对低维磁性和阻挫物理的临界现象的理解有重要的科学意义，同时对探索新型自旋晶格化合物有重要的指导作用。