Study of crystal, electron and magnetic properties of newly synthesised rare-earth A2Ir2O7

Abstract

A2Ir2O7 pyrochlor iridáty (A = Y, Pr-Lu) tvoří atraktivní rodinu sloučenin pro jejich komplexní elektronové vlastnosti a základní stavy, které jsou odvislé od srovnatelných sil spin-orbitální interakce a elektronových korelací na geometricky frustrované mříži. Tato práce je zaměřena na studium krystalografických, elektronových a magnetických vlastností dvou zástupců této série: Nd2Ir2O7 a Ho2Ir2O7. Monokrystaly těchto materi- álů jsme syntetizovali za použití nové metody PbF2 fluxu. Struktura monokrystalů byla studována monokrystalovou rentgenovou difrakcí. Pyrochlorová struktura byla potvrzena v Ho2Ir2O7 a nová odlišná struktura, neuspořádaná tetragonálně deformovaná struktura, byla objevena v Nd2Ir2O7-podobné sloučenině. Fyzikální vlastnosti těchto sloučenin byly zkoumány pomocí měření magnetizace a měrného tepla, která indikovala několik mag- netických přechodů souvisejících s oběma Ir a A podmřížemi. Výsledky byly diskuto- vány v rámci předchozích výsledků na A2Ir2O7 pyrochlorech se zaměřením na Nd2Ir2O7 a Ho2Ir2O7. Pro Nd2Ir2O7-podobnou sloučeninu jsme prozkoumali podobnosti/rozdíly s Nd2Ir2O7 pyrochlorem, a to v magnetických vlastnostech těchto dvou krystalografických variant.

The A2Ir2O7 pyrochlores (A = Y, Pr-Lu) form an attractive family of compounds for their complex electronic properties and ground states, stemming from comparable strength of spin-orbit coupling and electron correlations on a geometrically frustrated lattice. The present thesis focusses on the study of crystallographic, electronic and mag- netic properties of two representatives of the series: Nd2Ir2O7 and Ho2Ir2O7. We syn- thesised single crystals of these materials using a new PbF2 flux method. Structure of the single crystals was studied employing single crystal X-ray diffraction. The pyrochlore structure was confirmed in Ho2Ir2O7 and a new non-pyrochlore structure, disordered tetragonal structure, was discovered in Nd2Ir2O7-like analogue. Physical properties of these compounds were investigated by magnetisation and specific heat measurements, indicating multiple magnetic transitions related to both Ir and A sublattices. The re- sults were discussed in the framework of previous results on A2Ir2O7 pyrochlores with a focus on Nd2Ir2O7 and Ho2Ir2O7. For the Nd2Ir2O7-like compound, we scrutinized similarities/differences with pyrochlore Nd2Ir2O7, namely magnetic properties of the two crystallographic variants.