Studium magnetoelastické interakce ve sloučeninách ZnxCu4-x(OH)6Cl2

Abstract

This thesis studies the series of compounds ZnxCu4−x(OH)6Cl2. The end member ZnCu3(OH)6Cl2, herbertsmithite, is a candidate for a quantum spin liquid (QSL). With decreasing x, the system evolves toward a frustrated anti- ferromagnet, the other end member Cu2(OH)3Cl, clinoatacamite. We study anomalies in the low-temperature specific heat of clinoatacamite (x = 0). Using a more sensitive long-pulse method, we detect more anomalies than reported previously. Transitions at 4.5 K, 6.5 K, and 18.5 K show signatu- res of antiferromagnetic exchange, while the transition at 6.0 K corresponds to ferromagnetic ordering. This indicates competition between multiple in- teractions. For herbertsmithite (x = 1) and a sample with x = 0.6, low- temperature specific heat analysis is used to estimate the concentration of Cu defects at interlayer sites: 17 % for x = 1 and 33 % for x = 0.6. We also prepared samples with x = 0.12, 0.15, 0.32, and 0.61. Concentration analysis (EDX and XRF) shows homogeneous composition at the surface, but fractu- red interiors contain regions with different concentrations separated by sharp boundaries.

Práce se zabývá studiem série sloučenin ZnxCu4−x(OH)6Cl2. Okrajový člen ZnCu3(OH)6Cl2, herbertsmithite, je považován za kandidáta na stav látky označovaný jako kvantová spinová kapalina (QSL) a s klesajícím x se chování mění z QSL na frustrovaný antiferomagnet, kterým je druhý okra- jový člen Cu2(OH)3Cl, clinoatacamite. V práci se podrobněji věnujeme studiu anomálií v nízkoteplotní závislosti měrného tepla clinoatacamitu (x = 0) a díky citlivější metodě dlouhých pulsů odhalujeme více anomálií než před- chozí publikace. Přechody na teplotách 4,5 K, 6,5 K a 18,5 K vykazují znaky antiferomagnetické výměnné interakce a přechod na 6,0 K odpovídá feromag- netickému uspořádání. Dochází tak ke konkurenci více interakcí. U herberts- mithitu (x = 1) a vzorku s x = 0, 6 se věnujeme analýze měrného tepla za nízkých teplot, kterou odhadujeme počet Cu defektů na mezivrstevnatých pozicích, ten vychází pro x = 1 na 17 % a pro x = 0, 6 na 33 %. Dále jsme připravili vlastní vzorky se stechiometrickými koeficienty x = 0, 12, x = 0, 15, x = 0, 32, x = 0, 61. K jejich charakterizaci byly použity metody určování koncentrace (EDX a XRF), které ukázaly, že povrchy vzorků jsou homogenní v koncentraci, ale uvnitř na lomových plochách jsou oblasti s různými kon- centracemi oddělené ostrými rozhraními.