REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Nizkodimenzionalni spinski sistemi predstavljajo pomembno skupino kvantnih materialov,
pri katerih nizka dimenzionalnost in mrežna geometrija močno vplivata na magnetne
interakcije. Z vidika znanosti o materialih predstavljajo modelne sisteme za razumevanje
povezave med kristalno strukturo, kemijsko sestavo in magnetnim obnašanjem, ki ga v
nizkodimenzionalnih sistemih določajo kvantni efekti. Kljub številnim teoretičnem
modelom eksperimentalno realizirani materiali, ki jih ti modeli opisujejo, ostajajo redki. Za
premostitev razkoraka med teoretičnimi napovedmi in njihovo eksperimentalno realizacijo
v dvodimenzionalnih sistemih doktorska disertacija preučuje kemijsko dopiranje prototipne
Shastry–Sutherlandove spojine SrCu2(BO3)2 ter rast monokristalov heptatantalatov redkih
zemelj, RETa7O19, ki kristalizirajo v popolni trikotni mreži. Delo se osredotoča na sintezo,
strukturno karakterizacijo in magnetno obnašanje teh sistemov.
Kemijsko dopiranje SrCu2(BO3)2 naj bi po napovedih vodilo sistem k eksotičnim
magnetnim stanjem, kot sta superprevodnost in kvantnospinska tekočina. Prvi del
disertacije eksperimentalno preučuje vpliv dopiranja na strukturo in magnetne lastnosti
tega sistema. Dopiranje na A-mestu z M = La oz. Na je raziskano do nominalne
koncentracije x = 0,15 v Sr1−xMxCu2(BO3)2, medtem ko študija nemagnetnega dopiranja na
B-mestu z Mg, t. i. magnetnega redčenja, preučuje nominalne koncentracije do x = 0,10 v
SrCu2−xMgx(BO3)2. Vključitev dopantov v osnovno strukturo je potrjena za La in Mg,
čeprav pri nižjih koncentracijah od nominalnih, medtem ko kaže, da se Na vgradi le v
sledovih. Vsi trije dopanti povzročijo razpadanje spinskih dimerov bakra do prostih
bakrovih spinov, pri čemer je učinek najmočnejši pri magnetnem redčenju z Mg. Dopiranje
tako z La kot z Mg vodi do izrazitega zmanjšanja efektivne energijske reže spinskih
vzbuditev, ki je izrazitejše pri Mg. Za ta dva dopanta se pojavijo še antiferomagnetne
korelacije med prostimi bakrovimi spini. Pri dopiranju z Mg pride do nastanka izrazite
superstrukture, kar se kaže v pojavu magnetne anomalije pri visokih poljih in zmanjšanju
platoja na 1/8 nasičene magnetizacije.
Drugi del disertacije predstavlja optimiziran protokol gojenja visokokakovostnih
monokristalov prvega kandidata za kvantno spin tekočino z Isingovimi spini na popolni
trikotni mreži, NdTa7O19. Kristali s širinami do 3,5 mm in debelinami do 2 mm so največji
vzgojeni doslej in omogočajo natančno magnetno karakterizacijo osnovnega stanja. Metoda
je bila dodatno izpopolnjena za rast treh dodatnih predstavnikov serije heptatantalatov
redkih zemelj. Dva, ErTa7O19 in DyTa7O19, kažeta podobno magnetno anizotropijo kot
NdTa7O19, kar odpira možnost realizacije eksotičnih osnovnih stanj ter njihove natančne
karakterizacije, GdTa7O19 pa je paramagneten. Metodo bi lahko v prihodnje uporabili tudi
za druge predstavnike te serije.
Disertacija prispeva k napredku področja dvodimenzionalnega magnetizma v dveh
smereh. Sistematična študija dopiranja SrCu2(BO3)2 najprej pojasnjuje intrinzične omejitve
in učinke kemijske substitucije na osnovno strukturo na atomski in makroskopski ravni.
Gojenje monokristalov heptatantalatov redkih zemelj iz visokotemperaturne raztopine pa
ponuja nove možnosti za raziskovanje eksotičnih magnetnih pojavov v materialih s pravilno
trikotno mrežo, ki vključuje potencialna stanja kvantnospinske tekočine.