前沿院鄭彥臻課題組在二維自旋玻璃中發現大的磁滯效應
點擊數:    更新時間:2020/10/26

自2004年石墨烯被分離以來,二維材料得到了前所未有的發展,並且在磁、電、力和光學等領域展現了許多奇異的特性。然而,二維磁性材料的合成與分離是主要的困難在于設計配體形成層內磁相互作用,同時阻隔層間磁相互作用。另一方面,具有特定拓撲結構和自旋阻錯特性的二維材料一般會表現出奇異的磁學性質,如基于六邊形衍生的Kagomé格子或蜂窩格子。其中,蜂窩狀晶格的基態是具有小的量子漲落的半經典Néel有序態,理論上很新奇。然而,真實化合物很難具有理想的蜂窩狀格子,常顯示出不同程度畸變。其中一個常見的畸變是六邊形的兩個邊明顯縮短,變成二聚蜂窩格子,或稱之爲具有混合自旋的方形晶格。有趣的是,該晶格存在于著名的磁性絕緣體TlCuCl3,並在該材料中觀察到磁振子的玻色-愛因斯坦凝聚。因此,二聚蜂窩格子可作爲研究量子相變的模型系統。不過截止目前,僅少數自旋中心爲半整數的二聚蜂窩格子被報道,自旋爲整數的未見報導。

近日,西安交通大学前沿院郑彦臻教授课题组和东莞松山湖材料实验室的付振东副研究员及日本筑波大学的大塩寛紀教授合作,报道了一例具有整数自旋的二聚蜂窝状晶格组成的二维范德瓦尔斯磁性材料 [Fe(4-etpy)2(N3)2]n (FEN)。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜和原子力显微镜的形貌表征,发现样品呈层状堆叠在一起,最薄处约为13纳米厚,相当于单层化合物的十层。与长程磁有序的常见磁性质不同,穆斯堡尔谱和极化中子散射研究表明,该材料由于晶格内铁磁和反铁磁交换耦合相互作用而表现出一种可重入的自旋玻璃行为,在39 K和28 K温度下,具有不同倾斜角的自旋玻璃相。利用Curély模型,可以模拟两个交换耦合常数(J1 = +35.8 cm?1和J2 = ?3.7 cm?1)。通过分析3.3到100 K温度范围内的极化中子散射数据,发现该二维磁性层之间的磁相互作用被有效阻隔,对磁散射的进一步模拟计算也表明该材料的短程自旋关联具有二维的性质。2 K下的磁滞回线测量发现该材料具有1.9特斯拉的非常大的矫顽场,证明该材料是一种“非常硬”的二维范德瓦尔斯磁体。该工作为二维磁体与拓扑自旋阻挫结合开拓了一个可供研究的新方向。

该研究成果以封底文章形式在线发表在国际材料领域权威期刊Advanced Functional Materials(影响因子16.836)上,题为“Reentrant Spin Glass and Large Coercive Field Observed in a Spin Integer Dimerized Honeycomb Lattice”。西安交大前沿院博士生翟沅琦和邓义飞为本论文共同第一作者,西安交大前沿院为论文的第一作者单位和通讯作者单位。该项工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研专项资金基金及唐仲英基金的资助,同时也得到了深圳市科技计划项目、西安市科技局重点实验室建设项目及金属材料强度国家重点实验室项目等的支持。

 

論文鏈接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202004744

鄭彥臻課題組主頁:

http://gr.xjtu.edu.cn/web/zheng.yanzhen/home

 

 

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