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关联电子材料中磁激发的非弹性中子和X射线散射探测

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中国科学：物理学、力学、天文学 2022年第7期52卷 51-73页

作者：刘瑞鲜唐绮鲁兴业北京师范大学物理学系北京100875

在关联电子体系中,多种形式的磁性相互作用可能会诱导产生丰富的磁性基态,包括反铁磁莫特绝缘体、反铁磁洪特金属、量子自旋液体、低维量子磁体等.为了理解这些基态产生的微观机制及相关物理,首先需要测量其中的磁激发,通过对磁激发的... 详细信息

在关联电子体系中,多种形式的磁性相互作用可能会诱导产生丰富的磁性基态,包括反铁磁莫特绝缘体、反铁磁洪特金属、量子自旋液体、低维量子磁体等.为了理解这些基态产生的微观机制及相关物理,首先需要测量其中的磁激发,通过对磁激发的动力学结构因子进行理论建模和分析可以获得其中自旋-自旋相互作用的详细信息.目前,人们已经发展了多种实验技术来测量磁性体系中的自旋动力学.在这些探测手段中,非弹性中子散射(Inelastic Neutron Scattering,INS)和共振非弹性X射线散射(Resonant Inelastic X-ray Scattering,RIXS),已经被证明是在大范围动量和能量空间中测量磁激发的最有力的、互补的两种实验手段.INS测量磁激发在理论和实验方面都已经发展得相当成熟,但实验中通常需要大量的单晶样品,而RIXS是一种正在快速发展的实验技术,最大的优点之一是可以测量包括薄膜和异质结在内的很小的单晶样品.在本文中,我们主要讨论了INS和RIXS在研究几类典型强关联材料时的比较和互补性.INS和RIXS结合将使我们能够测量包含低维材料在内的几乎所有磁性关联电子材料中的磁激发,进而促进这些材料中关键科学问题的最终解决.

关键词：磁激发非弹性中子散射共振非弹性X射线散射关联电子材料

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铁基超导体磁激发的共振非弹性X射线散射研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2023年第12期53卷 131-143页

作者：刘瑞鲜张文婷鲁兴业北京师范大学物理学系北京100875

在铁基超导材料中,超导电性通常起源于对反铁磁母体的载流子掺杂.随着掺杂量的增加,反铁磁长程序逐渐被抑制,超导出现并在反铁磁序消失的边缘达到最佳Tc.在最佳和过掺杂区域,虽然已经不存在任何反铁磁长程序,但仍然存在很强的反铁磁涨落... 详细信息

在铁基超导材料中,超导电性通常起源于对反铁磁母体的载流子掺杂.随着掺杂量的增加,反铁磁长程序逐渐被抑制,超导出现并在反铁磁序消失的边缘达到最佳Tc.在最佳和过掺杂区域,虽然已经不存在任何反铁磁长程序,但仍然存在很强的反铁磁涨落.在铜氧化物和铁基高温超导体中,很多实验证据表明自旋为1的反铁磁涨落极有可能是超导电子配对的媒介,而驱动这一配对的则是电子间的反铁磁关联.因此,从实验上研究铁基超导体的磁激发谱及其对掺杂的依赖关系,获得反铁磁关联能等信息,对理解铁基超导的微观机制至关重要.在过去十几年中,非弹性中子散射(Inelastic Neutron Scattering,INS)在测定铁基超导材料中的磁激发方面发挥了主导作用.在过去十年中,共振非弹性X射线散射(Resonant Inelastic X-ray Scattering,RIXS),作为一种可以测量过渡族金属化合物中磁激发的实验技术,被用于铁基超导体中磁激发及其演化的研究.由于RIXS具有元素敏感、价态敏感、光通量高等优点,在铁基超导材料磁激发的相关研究中,发挥了独特的作用.本文从RIXS的特点出发,回顾了铁基超导体中磁激发的RIXS研究结果,讨论了RIXS在进行这些研究时表现出的优势和不足.通过这些讨论,本文强调了在铁基超导体元激发的研究中,利用RIXS独特优势的重要性.

关键词：铁基超导磁激发共振非弹性X射线散射关联电子材料

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准一维有机铁磁体poly－BIPO中的磁激发

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华中科技大学学报（自然科学版） 1996年第S2期28卷 121-123页

作者：方忠王宇青刘祖黎姚凯伦华中理工大学物理系

基于局域自旋模型，应用扩展的玻戈留玻夫变换方法，把具有相同自旋的各子格分开来考虑，研究了准一维有机铁磁体ｐｏｌｙ－ＢＩＰＯ中的磁激发特性．结果发现：ａ．由于侧自由基的加入，使得系统的较低一支自旋波谱劈裂为两支，且该自... 详细信息

基于局域自旋模型，应用扩展的玻戈留玻夫变换方法，把具有相同自旋的各子格分开来考虑，研究了准一维有机铁磁体ｐｏｌｙ－ＢＩＰＯ中的磁激发特性．结果发现：ａ．由于侧自由基的加入，使得系统的较低一支自旋波谱劈裂为两支，且该自旋波谱具有铁磁特征；ｂ．侧自由基的未配对电子之间的各向异性相互作用将使系统的基态与最低激发态之间出现能隙．

关键词：有机铁磁体 poly-BIPO 磁激发

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三角海森堡反铁磁体中的磁激发

苏州大学学报（自然科学版） 2009年第2期25卷 62-67页

作者：张冕蒋青苏州大学物理科学与技术学院江苏苏州215006

利用标准的自旋波理论,研究了二维三角海森堡反铁磁体的色散关系.分别采用了三子格模型和单子格模型来描述同一平面上几何阻挫的三角反铁磁结构,并对两者的结果进行了比较和分析.研究表明无论是基于三子格模型还是基于单子格模型,磁激... 详细信息

利用标准的自旋波理论,研究了二维三角海森堡反铁磁体的色散关系.分别采用了三子格模型和单子格模型来描述同一平面上几何阻挫的三角反铁磁结构,并对两者的结果进行了比较和分析.研究表明无论是基于三子格模型还是基于单子格模型,磁激发展示了一致的机制,色散关系也完全相同.单子格模型的研究为以后计算三维六角密排晶格的磁激发提供了简便的方法.

关键词：海森堡模型自旋波理论三角磁结构磁激发

铜氧超导材料电荷密度波和元激发的共振非弹性X射线散射研究

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物理学报 2024年第19期73卷 122-139页

作者：李齐治张世龙彭莹莹北京大学物理学院量子材料科学中心北京100871 深圳平湖实验室深圳518111

铜氧超导材料问世以来,其高温超导的理论机制仍有待解决.近年来,铜氧超导领域的实验进展主要集中在利用新型表征手段探索微观机理,其中同步辐射的建设推进了先进谱学技术的发展.基于同步辐射的共振非弹性X射线散射技术,因具有体测量、... 详细信息

铜氧超导材料问世以来,其高温超导的理论机制仍有待解决.近年来,铜氧超导领域的实验进展主要集中在利用新型表征手段探索微观机理,其中同步辐射的建设推进了先进谱学技术的发展.基于同步辐射的共振非弹性X射线散射技术,因具有体测量、能量动量分辨及直接探测不同元激发色散关系的能力,在铜氧超导材料研究中得到了广泛应用.无论是B ardeen-Cooper-Schrieffer理论框架下粘合库珀对的声子,还是强关联体系中Hubbard模型预测的磁涨落和竞争序,都可以用共振非弹性X射线散射实验测量,并研究它们之间的关联.本文介绍了利用共振非弹性X射线散射测量铜氧超导材料电荷密度波及相关低能激发,包括声子异常现象的研究进展,还介绍了磁激发和超导最高转变温度的关系,最后对未来的研究方向和面临的挑战进行展望.

关键词：共振非弹性X射线散射铜氧超导电荷密度波声子磁激发

铁基超导体BaFe2-xNixAs2中磁性相互作用的中子散射

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科学通报 2017年第34期62卷 3955-3966页

作者：罗会仟中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室北京100190

铁基超导电性起源于对母体中长程反铁磁序的压制,理解其超导微观机理的关键在于清楚认识磁性相互作用的演化规律,及其与超导电性的具体关系.本文以典型的电子型掺杂铁基超导体系BaFe_(2-x)Ni_xAs_2为对象,介绍了中子散射实验针对其电子... 详细信息

铁基超导电性起源于对母体中长程反铁磁序的压制,理解其超导微观机理的关键在于清楚认识磁性相互作用的演化规律,及其与超导电性的具体关系.本文以典型的电子型掺杂铁基超导体系BaFe_(2-x)Ni_xAs_2为对象,介绍了中子散射实验针对其电子态相图、磁有序态、低能磁激发和高能自旋涨落谱等磁性物理的相关研究,着重总结它们随掺杂的系统而演变的规律,同时介绍了在自旋向列相中的最新研究进展.最后,基于这些结果,提出了磁性相互作用驱动的非常规铁基超导电性的可能物理图像.

关键词：铁基超导中子散射磁有序磁激发自旋涨落

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中子散射技术在功能性材料中的应用

物理 2019年第11期48卷 715-725页

作者：王国华焦金龙马杰上海交通大学物理与天文学院上海200240 南京大学先进微结构协同创新中心南京210093 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016

中子散射技术能够有效探测物质微观尺度的特性,尤其是在磁性探测方面具有独特的优势,因而在科学研究方面应用越来越广泛。文章结合作者的研究领域,介绍了中子散射技术在研究一些功能性材料中的应用及成果。包括铁电材料BiFeO3中自旋,声... 详细信息

中子散射技术能够有效探测物质微观尺度的特性,尤其是在磁性探测方面具有独特的优势,因而在科学研究方面应用越来越广泛。文章结合作者的研究领域,介绍了中子散射技术在研究一些功能性材料中的应用及成果。包括铁电材料BiFeO3中自旋,声子的激发谱,热电材料PeTe中声子特殊的动态行为,以及磁性材料Mn1-xCoxV2O4中自旋波的特性,并分析了材料中自旋、电子、晶格、轨道的相互耦合作用。

关键词：中子散射铁电材料热电材料自旋阻挫材料磁激发声子谱

对Ba(TiO)Cu4(PO4)4材料磁性质的研究

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对Ba(TiO)Cu4(PO4)4材料磁性质的研究

作者：马文杰中国工程物理研究院

学位级别：硕士

本文利用线性自旋波近似研究了最近通过人工合成的一种准二维磁性材料 Ba(TiO)Cu4(PO4)4 中的磁激发。由于 Dzyaloshinsky-Moriya(DM)不对称相互作用在解释这类材料的反常磁性质时扮演了重要的角色,因此我们着重研究了 DM相互作用对这... 详细信息

本文利用线性自旋波近似研究了最近通过人工合成的一种准二维磁性材料 Ba(TiO)Cu4(PO4)4 中的磁激发。由于 Dzyaloshinsky-Moriya(DM)不对称相互作用在解释这类材料的反常磁性质时扮演了重要的角色,因此我们着重研究了 DM相互作用对这一类材料中的自旋波激发能谱的影响。我们发现此类材料中的自旋波激发能谱强烈地依赖于DM相互作用的方向:DM相互作用在此类二维材料所在平面(a-b平面)上的非零投影分量会在自旋波的激发能谱中打开能隙,而当DM相互作用完全沿着与材料所在平面垂直的轴(c轴)时,自旋波能谱中将不会出现能隙。我们的研究表明DM相互作用与自旋波能谱能隙间的这种联系起因于沿c轴的整体U(1)对称性的自发破缺。除此以外,本文还利用线性自旋波近似,基于Hellmann-Feynman定理,对具有对称性自发破缺的系统,引入了一种计算顺磁-铁磁相变临界磁感应强度的方法。我们将此方法应用于Ba(TiO)Cu4(PO4)4材料中并将所得结果与数值结果进行了比较从而验证了该方法的正确性。

关键词：磁激发线性自旋波对称性自发破缺临界磁感应强度