由于自旋量子效應(yīng)的存在，低維磁性材料會出現(xiàn)與三維磁性材料不一樣的磁性基態(tài)。對于二維自旋體系，量子漲落和熱漲落之間的競爭將主導(dǎo)磁相變行為，長程序反鐵磁相變有可能克服量子漲落而出現(xiàn)。但是，包含三角自旋網(wǎng)格特別是籠目(kagome)晶格的磁性材料，強烈的幾何阻挫和量子自旋漲落的作用會使長程有序的基態(tài)無法形成。對低維磁性材料的有序-無序量子相變現(xiàn)象的探索和對其機理的闡明是關(guān)聯(lián)電子體系中有待深入理解的基本物理問題，是目前材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最重要的研究熱點之一。

　　近日，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點實驗室何長振課題組制備了自旋S = 1/2的同構(gòu)化合物BiOCu2(XO3)(SO4)(OH)·H2O [X = Te(1), Se(2)]。該系列化合物具有典型的二維層狀結(jié)構(gòu)，二價Cu2+磁性離子的平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是介在籠目(kagome)晶格和星(star)晶格之間的新型自旋晶格。磁性測試結(jié)果表明，化合物1出現(xiàn)了非磁性自旋能隙基態(tài)，而化合物2在24K以下出現(xiàn)反鐵磁有序態(tài)。理論計算模擬看出化合物1的自旋能隙基態(tài)可能是由于Cu2+離子的二聚體化，化合物2的反鐵磁基態(tài)則克服了Cu2+離子的二聚體化。這種由非磁性離子置換誘導(dǎo)的有序-無序量子相變現(xiàn)象在二維籠目(kagome)晶格相關(guān)體系中比較罕見。研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》上。

　　研究工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項目和中科院重點部署項目的支持。

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福建物構(gòu)所新型低維磁性材料研究獲進(jìn)展