范德瓦尔斯磁性材料CrOCl磁相变的研究

论文摘要

自从石墨烯打开了二维世界的大门以来,二维材料因其可调的能带和丰富的异质结组合成为了人们研究的热点对象。二维材料中的磁性则因其内部更强的自旋涨落,在基础研究和工业应用领域都被寄予了厚望。理解块材下范德瓦尔斯材料的磁行为有助我们更深入地理解维度抑制对材料的影响。本文的第一章是绪论,主要介绍固体中磁性的基础知识,并对二维磁性材料的研究进行简要综述。节1.1从固体中的磁有序分类讲起,重点阐述了铁磁性和反铁磁性的内在机理和宏观表现,简要介绍了其他种类的磁性。节1.2首先阐述了二维材料的独特性质和广泛应用,随后介绍了二维磁性材料。由于维度抑制和自旋-晶格耦合作用,二维磁性材料不论是对于理论研究还是实际应用开发,都提供了广泛的前景。具体举例了两种二维范德瓦尔斯磁性材料CrI3和Cr2（Si,Ge）2Te6在少层乃至单层下的光学、电学研究。其中CrI3和Cr2Ge2Te6的光学Kerr效应研究为范德瓦尔斯磁性材料单层下长程磁有序的存在提供了最为直接的发现证据。子小节1.2.3说明了对于实际应用而言,上述两种材料存在磁有序温度（TC）过低的问题,介绍了理论预言的单层下高TC的范德瓦尔斯磁性材料CrOCl,解释了研究动机。回顾了之前人们对于CrOCl的研究进展。第二章介绍了本文所用到的研究方法。节2.1首先回顾了晶体生长的基本原理,概述了晶体生长的大部分方法。接下来介绍了实验室合成晶体的两种主要方法,助溶剂和化学气相输运法,重点介绍了化学气相输运法的历史和原理,回顾了前人对此方法的总结。节2.2介绍了本文采用的物性测量手段,包括磁化强度测量、比热测量、脉冲强磁场下的磁化率测量和磁力显微镜测量,重点阐述了本文研究时使用的脉冲场和磁力显微镜的原理及实际操作办法。第三章是对范德瓦尔斯半导体材料CrOCl块材的磁相变开展的研究。首先介绍了单晶样品的合成方法和利用X光衍射、光电子能谱表征结果。通过磁化率测量我们发现了其在低场下存在的磁相变,在武汉脉冲场实验室我们进一步测量了 38.5 T高场下磁化强度与磁场强度关系的曲线,结合比热完善了在高场下的磁相图。节3.4首次通过磁力显微镜观察了它相变过程中的磁畴变化,发现了样品表面极强的各向异性能。节3.5报道了我们在低维块材时做的初步工作,成功获得了单层样品。第四章是整体总结和对未来工作的展望。磁学是凝聚态物理中最复杂、最多样的现象,二维材料是自由度被高度抑制的材料,这两者的叠加使得二维磁性材料的行为变得丰富多彩。本文对于块材变磁性变的行为做了更深一步的研究,加深了人们对于范德瓦尔斯磁性材料内部机理的理解,为进一步在低维下的磁行为研究打下了基础。未来可以充分利用范德瓦尔斯界面平整的性质堆叠范德瓦尔斯异质结,为以后的应用提供广阔的前景。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李何轩

导师: 屈哲

关键词: 范德瓦尔斯磁性材料,二维材料,变磁性相变,磁力显微镜,脉冲强磁场

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 中国科学技术大学

分类号: O482.54

总页数: 61

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