铱基双钙钛矿材料La2Zn(Co)IrO6压力及强磁场下相关物性研究

Double-perovskite iridates have rich magnetic properties due to their strong spin-orbit coupling effect and electron correlation, such as non-collinear coupling antiferromagnetism, possible semi-metallic antiferromagnetism and local paramagnetism in non-magnetic materials. La2Zn(Co)IrO6 is a typical double-perovskite iridates. Under the pressure, it may cause lattice distortion, affects the electronic state and spin correlation of the material, then induce novel physical phase transitions possiblly..This project intends to study the physical properties of La2Zn(Co)IrO6 under pressure and strong magnetic field and to search new quantum states. By means of SEM and NMR, XRD, Raman under pressure, the effects of pressure on crystal structure and magnetic structure are explored, and the laws are found and summarized,with theoretical explanations. The effects of pressure on electrons, electromagnetic interaction and magnetic exchange are studied by means of magnetic measurement and electric transport measurement under pressure environment, and their mechanism is revealed. Applicants hope to deepen their understanding of the magnetic ordering behavior and to clarify the intrinsic correlation of various interrelated interactions in double-perovskite iridates through this project.

铱基双钙钛矿材料因具有较强的自旋轨道耦合作用和电子关联作用，导致了丰富的磁基态，如非共线耦合反铁磁、半金属反铁磁以及非磁性材料中的局域顺磁等。La2Zn(Co)IrO6是一种典型的铱基双钙钛矿材料，在压力的作用下可能会造成晶格结构的畸变，影响材料的电子态、自旋关联等作用，进而可能诱导出新奇的物理相变。.本项目主要研究压力及强磁场下La2Zn(Co)IrO6的相关物性并寻找新型的量子态。通过扫描电镜和压力下的X射线衍射、核磁共振、拉曼等手段探究压力对晶体结构、磁结构的影响，总结规律并给出合理的理论解释；通过压力环境下的磁性测量和电输运测量研究压力对电子、磁相互作用、磁交换作用的影响，并揭示其中的作用机制。申请人希望通过本项目的开展，可以加深对铱基双钙钛材料磁有序行为的理解，阐明材料中多种关联作用的作用机制。

铱基钙钛矿材料因具有较强的自旋轨道耦合作用和电子关联作用，导致了丰富的磁基态，如非共线耦合反铁磁、半金属反铁磁以及非磁性材料中的局域顺磁等。温度、磁场以及化学压力等手段可能会造成晶格结构的畸变，进而影响材料的磁性，导电性等其他性质，甚至可能诱导出新奇的物理现象。本项目通过对铱基钙钛矿材料La2ZnIrO6、Sr2−xPrxIrO4、Sr2−xCexIrO4在磁场、低温等条件下的研究，发现这几种铱基钙钛矿材料一种对温度、磁场以及化学压力比较敏感的材料。通过变温拉曼的对La2ZnIrO6的研究发现，在La2ZnIrO6中存在较强的自旋声子耦合和Kitaev相互作用，正是由于这两种作用的存在影响了材料反铁磁-铁磁转变的温度。在对稀土金属Pr和Ce对Sr2IrO4掺杂的研究中发现，载流子的引入确实可以改变体系的导电性质，并且不同程度的改变了Ir-O-Ir键角，这为我们寻找新型超导体提供了思路。其外，我们还深入探究了维度限域下的量子态的调控，发现了一系列新奇物性；利用掺杂手段、磁测量和电输运技术，建立了相关的物理相图，这些相图对于相关体系中各种物相的调控具有指导意义；我们还基于实验数据和分析，大胆给出了自旋取向随外加磁场变化的演化示意图，这为以后的理论和实验工作提供了一定的依据和参考。除此之外，在实验技术方面，我们设计了一种用于活塞式压力包的电学测量样品杆，此样品杆可以直接放入PPMS上进行不同压力下的磁性、电输运的高精度、高效率的测量。.本项目的开展达到了预定的研究目标，建立的一定的国际和国内合作，培养了3名研究生。本项目的研究成果主要以科研论文的形式发表于学术期刊。已发表的与本项目相关的学术论文9篇（均致谢该课题）,其中Physical Review B 1篇（Nature Index），Applied Physical Letters 3篇（Nature Index），Physical Review Materials 1篇，Ceramics International 1 篇，其它论文3篇。国家授权专利2篇（专利号：ZL202011639417.4；202110382902.6），受理中1篇。

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