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多铁性材料RMnO_3和CuFeO_2的低温热输运性质

王新明  
【摘要】:多铁性材料是指同时表现出铁电性和磁性的化合物,更为重要的是铁电性与磁性之间可相互耦合而产生新的功能,是一种新型多功能材料,具有巨大的潜在应用前景。近年来研究的多铁性材料很多集中在一些存在磁有序诱导的多铁性的阻挫材料中,这些材料磁有序的转变往往会导致铁电性的产生和演变。但是由于阻挫材料磁性质的复杂性,很多材料的磁结构和磁相图并不明确。 针对以上问题,我们详细研究了多铁性材料RMnO3(R=Y, Lu, Tm, Ho)和CuFeO2单晶的热输运性质,并对这些材料的磁性质与磁结构进行了讨论。论文共分为三章,每章主要内容分别概括如下: 第一章综述了多铁性材料的研究进展。在本章中首先详细介绍了多铁性材料中磁性质与电性质共存以及磁电耦合的一些可能的物理机制;其次介绍了多铁性材料中存在的元激发;第三,详细介绍了多铁性材料RMnO3和CuFeO2在相图以及磁结构方面的研究进展;最后简单介绍了热传导的基本知识。 第二章主要介绍了多铁性材料RMnO3(R=Y, Lu, Tm, Ho)单晶热输运性质的研究结果。结果表明RMnO3中具有强烈的自旋-声子耦合作用。Y(Lu)MnO3中由于Y3+(Lu3+)离子不具有磁性,低温热导率表现出典型的声子行为。对于具有磁性Tm3+离子和Ho3+离子的TmMnO3及HoMnO3,由于低温下存在强烈的自旋-声子耦合作用,导致热导率被强烈抑制,外加磁场可以明显的增大热导率。尽管TmMnO3中的Tm3+离子在低温下并没有形成磁有序,但是Tm3+离子之间具有反铁磁关联,低温下对声子的散射作用导致热导率小于YMnO3,另外TmMnO3热导率随c方向磁场变化中表现出一个低谷的行为。HoMnO3中低温下Ho3+离子形成长程有序,磁激发最多,导致热导率最小,并且沿a和c方向热导率随磁场分别形成一个和三个低谷的现象。根据热导率随磁场变化行为可以推断出TmMnO3和HoMnO3低温磁结构的变化。通过比较可知稀土离子的磁性质是决定磁场-温度相图以及自旋-声子耦合强度的关键。 第三章主要介绍了多铁性材料CuFeO2单晶热输运性质的研究结果。低温下CuFeO2热导率被强烈抑制,并且在10K附近出现一个低谷,这是由于局部有序态进入到四次晶格相时强烈的自旋涨落导致的。这个低谷在少量Ga(3.5%)替代Fe时会消失,表明掺杂Ga显著减弱了转变温度处的临界散射。在CuFeO2热导率随磁场的变化曲线中可以观测到两个明显的一级相变,并且在整个磁场范围内都具有磁滞现象。由于能隙随磁场的不同变化,导致了CuFeO2热导率表现出复杂的行为。这些结果说明CuFeO2具有很强的自旋.声子耦合。


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