准低维钴氧化物的自旋动力学以及强磁场下磁性和输运性研究

本项目拟研究基于Ca3Co2O6的低维钴氧化物体系的自旋(磁)动力学以及强磁场下的磁性和输运行为。制备出系列多晶样品以及利用助熔剂或光学浮区法生长高质量的单晶样品；利用电子自旋共振手段并结合低场下磁性和各向异性的的测量来分析样品中磁性离子的价态，自旋态结构，自旋轨道耦合和基态磁性；通过微波激发自旋进动，测量样品的共振吸收的驰豫效用，研究不同功率的微波对三角结构Ising自旋链的阻挫行为的影响和调节； 结合强磁场下的磁响应测量，分析相应的磁输运性质（如磁阻，热导等）；研究Ca离子被Sr或稀土离子部分替代引起的晶格变化以及Co离子价态变化对Co自旋链之间以及之内的磁性耦合的影响。

低维和几何阻挫的磁性化合物由于其复杂的物理性质（磁性）一直受到关注。Ca3Co2O6是其中之一，它独特的晶体结构以及磁性引起了相当的兴趣。这类低维钴氧化物是一个准一维的自旋链体系，无论是基态的磁结构（零场磁性）还是磁动力学（磁场）行为都很独特，对其物理起因虽然有些模型解释，但仍不明确。本项目研究了基于Ca3Co2O6的准低维钴氧化物体系的磁性，自旋(磁)动力学以及输运行为。生长出了Ca3Co2O6，Ca3CoMnO6，CoNb2O6 ，Sr4Co3O12单晶样品，合成了系列A'位以及B位掺杂的多晶样品。对比Pr和Pb部分替代Ca的样品，发现离子半径较大的Pb2+对磁性的影响较弱，而半径与Ca接近的Pr3+影响较大。由于Ca3Co2O6在X波段ESR信号是沉默的，试图通过Eu2+探针的方法来间接研究Ca3Co2O6的磁相变特征，可是没能显示出明显的磁相变相关联的现象，可能Ca/Eu位与Co之间的几乎没有（磁）耦合。我们还比较研究了Co位引入离子Ti，Cr，Mn和Fe对体系的磁性和电阻行为的影响，判断它们占据在三棱柱位并为+3价；Fe和Mn离子的引入微弱地降低了SDW相并增强了CAFM相；Ti离子的引入同样降低了SDW相，但稳定了CAFM相；Cr离子的引入破坏了SDW相，增强了CAFM相，且居里外斯温度最高，短程铁磁相互作用增强。最重要的是，我们通过变温和变磁场的红外光谱揭示了Ca3Co2O6中的自旋晶格(声子)耦合现象，这对理解Ca3Co2O6的磁特征提供了新的出发点。我们还尝试了脉冲磁场下磁化测量，发现在3T－4T之间的磁台阶转变微分曲线(dM/dH)上出现两个峰，也即是两个转变点，这一现象也许是它磁性弛豫特征在极快的变场速率下的反映，但是还有待于澄清。整个项目研究计划基本得到执行，成果的发表尚需要继续进行完善。