低维量子磁性材料的低温热传导研究

低维量子磁性材料是当前凝聚态物理领域一个非常重要的研究方向，对量子基态性质、量子相变和元激发行为等物理问题的深刻理解是目前的研究热点。针对这些物理问题，本项目将利用低温热传导这一独特而有力的研究手段开展以下工作：系统研究准一维磁性材料的磁激发输运特性和杂质散射、声子散射机制，深入认识不同模型体系的磁激发特征及其本征的输运能力；通过极低温热导率的测量，对量子自旋液体基态给出实验证据，并对极低温下磁激发热导率的温度和磁场依赖关系加以描述，获取元激发的特征和能隙信息；以具有磁振子玻色－爱因斯坦凝聚现象的体系为主要对象，深入研究磁场驱动的自旋能隙的无序态或自旋液体基态到反铁磁长程序的量子相变行为，阐明玻色－爱因斯坦凝聚态的磁激发特征及其对热传导的贡献，研究量子临界点对磁激发属性的影响及热导率异常的起源。希望通过这些研究，深化我们对以上量子自旋体系主要物理问题的认识。

低维量子磁性是当前凝聚态物理领域一个非常重要的研究方向，对量子基态性质、量子相变和元激发行为等物理问题的深刻理解是目前的研究热点。针对这些物理问题，本项目利用低温热传导这一独特而有力的研究手段开展以下工作：系统研究准一维磁性材料的磁激发输运特性和杂质散射、声子散射机制，探索不同模型体系的磁激发特征及其本征的输运能力；从实验上探索量子自旋液体的基态，并对极低温下磁激发热导率的温度和磁场依赖关系加以表征，获取磁激发的特性和能隙信息；对具有磁振子玻色－爱因斯坦凝聚现象的体系，深入研究磁场驱动的自旋能隙的无序态或自旋液体基态到反铁磁长程序的量子相变行为，阐明玻色－爱因斯坦凝聚态的磁激发特征及其对热传导的贡献。几年来，本项目按照以上计划顺利进行，基本上完成预期目标。主要研究进展包括：在有机低维磁性单晶材料的制备方法上取得新的进展，获得了(CH3)2NH2CuCl3（MCCL）、Ni(C3H10N2)2NO2ClO4（NINO）等材料的理想生长条件；在NINO的磁激发热传导研究中观测到极为显著的磁导热能力，表明S=1自旋链体系可以具有弹道的磁输运特征；在MCCL、Ba3Mn2O8等体系中观测到磁激发对声子的散射作用，以及磁场诱导的量子相变对声子热传导行为的显著影响，并发现玻色－爱因斯坦凝聚态的磁激发对热传导的贡献依赖于具体的自旋体系特性；利用热传导性质的测量研究了自旋液体材料Nd3Ga5SiO14的基态性质，揭示了准一维Ising自旋链材料BaCo2V2O8的量子相变规律，并给出了准二维反铁磁材料Nd2CuO4的磁结构及其转变。另外，还在与低维磁性材料密切相关的自旋阻挫体系、多铁性材料的磁性、磁结构与热传导性质的研究中取得了一些成果。共发表SCI论文11篇，其中9篇通信作者的Phys. Rev. B；培养7名博士生和7名硕士生，其中3名博士生和4名硕士生已经完成学位论文答辩；多人次参加国内外学术会议，其中在国际学术会议做邀请报告2次、口头报告3次。