几种铬基低维化合物的结构与物性

来源 :中国科学院大学(中国科学院物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:red0035
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本论文的目的是在过渡族金属低维化合物中探索新型磁性材料,主要对几种准一维和层状的铬硫族化合物及铬砷族化合物进行制备和物性表征。实验上,首先通过高温固相反应法获得新化合物的粉晶样品并确定其晶体结构,而后采用助熔剂法生长新物相的单晶并对其性质进行系统研究。本论文的主要研究结果如下:首先,成功合成了一种新化合物Rb2Cr Se2,并对其结构和磁学性质,尤其是1/3磁化平台进行了系统地研究。该化合物在结构上具有准一维的特征,基于粉末X射线衍射数据的晶体结构解析表明,该化合物结构中包含平行于c轴方向的Cr Se2线性链。磁性测量揭示了此化合物具有明显的磁各向异性,a轴为易磁化轴。Rb2Cr Se2具有TN=5 K的反铁磁转变温度,当在TN以下施加沿易磁化轴方向的外磁场时,M-H曲线上表现出1/3磁化平台和饱和磁化平台,标志着场致磁相变的发生。分析不同条件下收集的中子粉末衍射数据,分别确定了基态反铁磁态、1/3磁化平台和饱和磁化平台对应的磁结构,从微观角度解释了各个磁状态。此外,磁性、比热及中子数据均表明Rb2Cr Se2拥有另一个T*=8.5 K的磁转变,初步判断这可能是一个无公度的磁有序。其次,我们对Rb2Cr Se2中的Rb进行K、Cs替换,研究了(Rb1-xAx)2Cr Se2(A=K,Cs,0≤x≤1)体系中晶胞参数和磁性的演变。从K到Rb再到Cs,化合物结构保持不变,晶胞逐步扩大,晶格常数及键长键角均为单调变化。磁学性质随替换量连续变化,两端化合物和Cs2Cr Se2的性质差异显著。在(xCsx)2Cr Se2(0≤x≤1)中,随着x的增加,磁性链间距逐步扩大,1/3磁化平台逐渐变窄,其宽度从Rb2Cr Se2中的50 k Oe减小为Cs2Cr Se2中的不到20 k Oe。在(Rb1-xKx)2Cr Se2(0≤x≤1)中,伴随x的增加,磁各向异性被削弱,1/3磁化平台迅速消失。我们推测Rb2Cr Se2中确定的磁结构可能仅适用于Cs2Cr Se2而不再适用于。(Rb1-xAx)2Cr Se2(A=K,Cs,0≤x≤1)体系提供了连续可调的结构参数和丰富可控的磁学性质,为研究准一维磁性尤其是1/3磁化平台提供了一个契机。在以上工作的基础上,我们首次合成了三个新的Th Cr2Si2型铬硫族化合物Cs Li Cr Se2、Rb Li Cr S2和Cs Li Cr S2,并研究了其结构、成相规律和自旋玻璃行为。在ALi Cr Ch2(A=Rb,Cs,Ch=S,Se)体系中,随着插层离子尺寸的减小,Cr/Li-Ch键长缩短,但是Rb Li Cr S2中的键长已接近已知Cr-S键长极小值,没有更多缩短的余地,故而更小尺寸的K+不能参与形成稳定的KLi Cr S2相。三个新化合物均具有符合热激活模型的半导体行为,导电能力随阴离子电负性的增强和晶胞的扩大而下降,具有各向异性的自旋玻璃转变。以往的研究表明在AM’MCh2(A为碱金属,M’为Li、Cu、Ag等,Ch为硫属元素)体系中,自旋玻璃行为主要取决于晶胞参数,而在我们研究的A(Li1-xCrx)2Ch2(0.45≤x≤0.55)体系中,自旋玻璃转变温度与Cr含量x成正比,与晶格参数无关。这一结果丰富了对AM’MCh2体系磁性的认知。最后,我们系统地研究了Sr Cr2As2中Co掺杂对样品电输运性质的影响。在Sr(Cr1-xCox)2As2(0≤x≤1)中,可以通过控制掺杂量实现TCR在大范围内的连续可控调节,并且Sr(Cr0.2Co0.8)2As2拥有近零电阻温度系数(TCR)。进一步,我们发现磁性掺杂对型化合物Ae M2As2(Ae为碱土金属,M为3d过渡族金属)电输运性质的影响是普遍的。
其他文献
有机无机杂化钙钛矿材料因其本身优异的光电性质分别在发光、激光、光电探测和光伏等领域展现了出色的发展价值。钙钛矿器件性能的好坏主要取决于钙钛矿活性层的质量,因而改善钙钛矿材料结晶质量和探索新型高性能钙钛矿材料成为影响钙钛矿器件发展的关键问题。在优化器件工艺的过程中,器件内部的电荷动力学过程以及电荷损失机制等机理问题也因为能够指导器件的优化方向而逐渐成为研究者们关注的重点。本论文的工作围绕提高钙钛矿材
金属玻璃的力学性能在其工程应用中扮演着决定性角色。然而,由于复杂无序的原子结构,金属玻璃的形变机制及力学行为等一系列问题仍有待于进一步研究。金属玻璃的无序原子结构没有像晶体中位错一样的结构特征,严重阻碍了我们对其形变机理的研究以及力学性能的调控。目前,关于金属玻璃形变机制的研究主要集中于模型化和理论研究,需要进行更多的实验研究来进一步验证和描述形变的微观机理。尽管从结构上直接研究金属玻璃的形变机制
过渡族金属氧化物一直是凝聚态物理研究的重点。由于d电子的电荷与自旋、轨道的相互耦合,产生了丰富的新奇物理效应。随着异质结的制备工艺的进步,人们可以组合不同过渡族金属氧化物,从而实现量子演生现象的设计,因而过渡族金属氧化物异质结界面成为了研究的热点。钙钛矿型作为过渡族金属氧化物中一种最具代表性的晶体型受到了极大的关注。SrTiO3是其中被研究得最为系统和深入的钙钛矿型氧化物,其在氧化物电子学里的地位
低维材料由于其独特的结构,展现出大量新奇的物理特性,吸引着广大科研工作人员的关注。本论文主要利用高温高压合成方法探索并制备了一系列具有准一维链状结构的空位填充anti-Mn3Si5型三元化合物A3BX5,并对该系列化合物的晶体结构进行表征,同时还对其相应的电输运性质、磁学性质以及热力学性质等基本物性进行了系统的测试和研究,并结合理论计算对其电子结构及物理机制进行了分析,主要研究成果包括一下几个方面
非晶结构物质(科学术语又称为玻璃)是构建我们这个世界的重要组成部分,相比于对应的稳态晶体,它在磁、热、力、光、电等方面都表现出许多不同的特性。根据热力学关系,非晶物质具有更高的自由能,因此它时刻处于一种非平衡状态,其性质随着时间不断改变,演化方式与所处环境和热历史密切相关。研究非晶物质的演化行为,对理解其非平衡本征特质以及材料的开发应用都有着重要的价值。然而,由于其无序结构的复杂性和宏观性质的非稳
透射电子显微镜(TEM)是表征材料微观结构强有力的工具。带有球差校正(aberration-corrected)的透射电镜更是因其出众的原子级分辨率、能直接探测材料中元素种类和价态而获得研究者们的青睐。在最近20年里,球差校正器(aberration corrector)的发明和改进使透射电镜的空间分辨率得到了关键性的提升,目前电镜的横向分辨率已经小到几十皮米,可与原子直径相比拟。值得关注的是,扫
近年来,二维材料和有机分子被视为是构建未来纳米尺度电子元器件的理想载体。自2004年石墨烯被成功剥离以来,我们发现它具备许多优异的性质,如:超高的载流子迁移率、良好的透光率、超高的杨氏模量、室温量子霍尔效应、魔角超导转变等,这些极大地鼓舞了研究者们对二维材料的深入探索。自石墨烯之后,碳族其他元素的单组分二维材料(硅烯,锗烯,锡烯等),过渡金属硫族化合物二维材料(二硫化钼等)相继被发现。这些新型二维
多价态的钙钛矿过渡族金属氧化物(ABO3-x)因其关于氧的化学计量学迷人的物理性质而受到了持续的关注。通过调节钙钛矿氧化物中过渡金属离子的配位环境,过渡金属的氧化态、金属-氧-金属键角、以及总的载流子浓度能够被改变,为调控钙钛矿氧化物中磁性、铁电性、超导性等提供了途径。精准的控制钙钛矿氧化物中氧的非化学计量学的能力至关重要,也构成了可逆控制其物性的先决条件。钙钛矿氧化物中氧的非化学计量学与其晶格中
低维半导体纳米材料因其独特的量子效应与物理性质受到了广泛关注。其中,一维半导体Ge纳米线,因具备高的空穴迁移率、低的超精细相互作用,高的朗道g因子以及与硅兼容等优点,使其在基于半导体量子点的硅基自旋量子比特及基于马约拉纳费米子的硅基拓扑量子比特等领域具有很大的应用潜力。采用传统的气-液-固生长方法得到的Ge纳米线存在金属污染、转移以及排列的问题,而采用分子束外延生长方法生长面内且有序排列的Ge纳米
本论文主要研究了几种插层铁硒材料的晶体结构与基本物性,探索了插层过程中的电荷转移情况,以及其对材料电子结构和基本物性的影响。我们设计合成了几种电子和空穴掺杂的铁硒基超导体,取得了以下进展:首先,借助溶剂热的方法,我们将体积较小的碱金属锂与1,2丙二胺分子共同嵌入到了铁硒层间,成功地在Lix(1,2-C3N2H10)0.37FeSe体系中实现了连续大范围(0.06~0.68)电子掺杂调控,其超导电性