烧绿石 Tb$_2$Ti$_2$O$_7$ 的晶体生长与表征

钛铽矿 (Tb$_2$Ti$_2$O$_7$) 是一种具有显著磁光特性的自旋冰材料。它具有高费尔德常数，是用于具有烧绿石结构的量子材料外延生长的极具前景的衬底晶体。迄今为止，尚未获得质量合格的大尺寸 Tb$_2$Ti$_2$O$_7$ 或任何烧绿石单晶。在此，我们报告了使用提拉法从熔体中拉制高质量体块晶体的生长过程。先前使用自动化提拉法的工作在籽晶阶段后不久便出现生长不稳定性，如直径波动、成足及随后的螺旋生长。在本研究中，通过手动控制生长，晶体体积大幅增加至数立方厘米，晶体直径达 40 mm，长度达 10 mm。摇摆曲线测量显示，222 衍射的半高宽在 28 至 40 角秒之间。通过动态差示扫描量热法测量了室温至 1573 K 之间的比热容 c$_p$，表现出典型的缓慢抛物线上升。相反，热导率 \kappa(T) 在 700 K 附近出现极小值，并在更高温度 T 下升高。在室温下进行了从紫外到近红外区域的光谱学测量，并在高达 1623 K 的近红外区域进行了额外测量。光学透射特性和晶体颜色被解释为受 Tb$^{3+}$ 部分氧化为 Tb$^{4+}$ 的影响。