低維有機量子磁體的磁有序、鐵電性及熱力學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、近些年，有機量子磁體的物性研究成為凝聚態(tài)物理和材料學(xué)科交叉領(lǐng)域的前沿課題。本論文基于實驗上合成的有機磁性材料，抽象出理論模型，采用量子統(tǒng)計的格林函數(shù)方法，研究了一些低維量子磁性系統(tǒng)：有機自旋-派爾斯體系、有機鐵電體、自旋梯子、一維trimer 鏈以及準一維有機鐵磁聚合物。分析和討論這些低維有機量子磁體的磁有序、鐵電性、相變及熱力學(xué)性質(zhì)，解釋實驗上觀測到的奇異物理現(xiàn)象，探索新的物理規(guī)律。同時，考慮磁場和電場的影響，為分子器件設(shè)計進行物理手

2、段調(diào)控提供理論依據(jù)。
　　 對于有機自旋-派爾斯體系，發(fā)現(xiàn)有效彈性常數(shù)是一個內(nèi)稟因素，決定自旋-派爾斯相變是連續(xù)還是非連續(xù)相變。磁場降低轉(zhuǎn)變溫度TSP 且使得自旋-派爾斯相變從二級相變過渡到一級相變。此外，雙格點熱糾纏熵是一個很好的物理量來指示自旋-派爾斯相變，顯示出良好的開關(guān)特性。進一步考慮弱的雙鏈耦合，理論結(jié)果更接近實驗值，發(fā)現(xiàn)一個無能隙的自旋-派爾斯相處于有能隙的二聚化相中。
　　 不同于自旋-派爾斯系統(tǒng)，有機電荷

3、轉(zhuǎn)移復(fù)合物中正負離子均帶電荷和自旋，其電荷、自旋和晶格的相互耦合在自發(fā)極化中起了至關(guān)重要的作用。我們得到P-E 電滯回線，強有力地證明了鐵電序的存在。此外，我們還研究了潛在的磁電耦合效應(yīng)：
　　 一方面，磁場使得電極化強度和轉(zhuǎn)變溫度減小，并且使得鐵電相變從二級相變過渡到一級相變；另一方面，電場減小磁化強度，使得鐵電相變成為一種連續(xù)過渡行為，因為靜電能的獲得抑制了自旋-晶格耦合。
　　 迄今實驗上共合成了三類strong-

4、leg 自旋梯子模型化合物，但并未觀測到低溫極限下的自旋液體相。這里，我們從理論上證實磁場誘導(dǎo)的Luttinger 液體并探索極低溫下的自旋液體行為，分析和討論這些無能隙和有能隙的低激發(fā)特性，利用磁場有效地調(diào)控體系的熱絕緣和熱傳導(dǎo)行為。
　　 一維自旋鏈中含多自旋耦合，將引起阻挫而導(dǎo)致量子相變。我們研究了一維含有三自旋耦合trimer 鏈的量子臨界和熱力學(xué)性質(zhì)。利用元激發(fā)譜的色散關(guān)系很好地解釋了磁場驅(qū)動的量子臨界現(xiàn)象，且發(fā)現(xiàn)三自

5、旋耦合打開的能隙是造成1/3 磁化平臺出現(xiàn)的直接原因。同時，我們觀測到了比熱的三峰結(jié)構(gòu)，且有能隙的低激發(fā)是觀測到的熱力學(xué)行為的原由。
　　 理論上對準一維有機鐵磁聚合物的基態(tài)性質(zhì)已作了大量的研究。本文基于周期性Anderson-like模型，研究了磁場調(diào)控的磁有序和絕緣-金屬相變性質(zhì)。無磁場時，基態(tài)處于亞鐵磁相。有限溫度下，有亞鐵磁到順磁相變的發(fā)生。加上磁場后，我們發(fā)現(xiàn)1/3 磁化平臺以及兩個臨界磁場，它們標志著絕緣-金屬相變，