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由于其众所周知的性质磁几何材料近来受到了高度的关注。几何阻挫可以引起诸多的未知新颖量子状态,羟基过渡金属卤化物M2(OH)3X(M=Mn,Fe,Co,Ni,Cu;X=Cl,Br,(I))是一种新颖的磁几何阻挫(MGF—MagneticGeometricFrustration)材料,我们发现了一系列与之相关的的新现象。如γ-Cu2(OH)3Cl中铁磁性有序与无序的共存;β-Co2(OH)3Cl中长程有序和自旋涨落的共存等等。本论文主要研究的是MGF材料M2(OH)3X系列的β-Co2(OH)3Cl材料,它属于空间群No.166(D3d5,R(3)m)。
首先,我们学习了群论的基本知识,根据因子群分析得出空间群D3d5(No.166)的M2(OH)3X的拉曼选择规则,理论预测β-Co2(OH)3Cl的拉曼活性模式(Γ)166R=5A(1)g+7Eg,三种原子团簇H-O-Co3,O-Co3和Cl-Co3决定了拉曼活性模式,因此拉曼活性模式也可以表示为(Γ)166R=2A1g(H-O-Co3)+3Eg(H-O-Co3)+2A1g(O-Co3)+3Eg(O-Co3)+A1g(Cl-Co3)+Eg(Cl-Co3)。
其次我们已经测得了β-Co2(OH)3Cl粉末样品在室温(300k)下的红外光谱,确认了β-Co2(OH)3Cl部分振动模式,同位素替代(H-D)的方法可以进行准确的指认光谱振动模式,而常温拉曼光谱的测量则进一步确认了H-O-Co3伸缩振动,即OH功能团(FG)区:3570~3500cm-1;H-O-Co3弯曲振动,即OH相关峰(CP)区:1000~600cm-1;O-Co3指纹(FP)区:600~200cm-1;Cl-Co3指纹区:200~95cm-1。接下来测量不同显微镜放大倍数下不同功率的β-Co2(OH)3Cl的拉曼光谱,并对此进行对比分析,分析出产生最佳光谱的实验条件。
在研究了室温样品的拉曼光谱性质后,首次在液氮温度下实验条件分别为10X@60mW和50X@5mW时测量磁几何阻挫材料样品β-Co2(OH)3Cl的拉曼光谱。发现样品大多数的拉曼光谱随着温度的降低蓝移,符合普通材料的热胀冷缩现象。但是在相同温度下不同实验条件测量的拉曼光谱有轻微的不同,这种微小的差别可以解释为局部激光热效应。