二维自旋体系 Ba$_2$Cu$_3$O$_4$Cl$_2$ 中由自旋贡献的热导率

我们测量了 Ba$_2$Cu$_{3-x}M_x$O$_4$Cl$_2$ ($M$ = Pd, Ni, Co; $x$ = 0, 0.03) 单晶的热导率温度依赖关系，该单晶包含由 CuA$^{2+}$ 自旋的强二维自旋网络和 CuB$^{2+}$ 自旋的弱二维自旋网络构成的二维 (2D) Cu$_3$O$_4$ 平面。研究发现，由于 CuA$^{2+}$ 自旋的强二维自旋网络，平行于 Cu$_3$O$_4$ 平面的热导率中存在由自旋贡献的热导率 $\kappa_{\mathrm{spin}}$，并在室温附近呈现宽峰。$\kappa_{\mathrm{spin}}$ 的最大值约为 7 W/Km，与具有几乎相同 Cu$^{2+}$ 自旋二维自旋网络的 Nd$_2$CuO$_4$ 相当。发现 $\kappa_{\mathrm{spin}}$ 因 1% 杂质而受到抑制，这是由于磁激发平均自由程的减小，这表明在 Ba$_2$Cu$_3$O$_4$Cl$_2$ 等二维量子自旋系统中，通过减少单晶中的杂质量有望增强 $\kappa_{\mathrm{spin}}$。此外，得出结论：CuA$^{2+}$ 与 CuB$^{2+}$ 自旋之间的阻挫几乎不影响 $\kappa_{\mathrm{spin}}$ 的存在。