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NaxCoO2晶体具有六角的层状结构,它是一种具有潜在应用价值的热电材料,其水化物又是新型的超导体系[3]。NaxCoO2在x=0.3附近为顺磁金属,当x=0.5附近时为绝缘体相,随着Na含量的继续增加至0.7以上时,又变为居里-外斯金属[7]。这些独特而复杂的物理性质使它引起了人们很大的关注。本文通过对这一材料体系从单晶体生长、输运及红外光谱等方面的研究,着重探讨了其晶体制备方法及低能电荷动力学的行为。
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在本文的开始,对过渡族金属氧化物作了简单的介绍。对NaxCoO2体系的热电效应、超导电性、晶格结构等方面作了简单描述。随后,综合各种不同晶体制备的方法,介绍了NaxCoO2体系多晶、单晶制备的具体步骤及结构表征,结合其他小组的电镜、中子散射、NMR等实验,具体分析了不同Na含量区域的超晶格结构、磁性结构等性质。第三章主要从电磁输运性质入手,论述了NaxCoO2体系的相图,并结合x=0.85的变磁相变实验和x=0.5的t-U-V模型,论述了这两个体系的电磁学图像。第四章论述了光与物质的相互作用原理、数学基础,对红外探测实验作了介绍。第五章以已有的能带模型和ARPES实验结果为基础,对NaxCoO2体系的低能区能带结构和费米面附近的电荷动力学行为作了综合分析。第六章从实验所得的数据入手,叙述了NaxCoO2体系的红外光学性质,涉及到能级跃迁的来源以及声子的主要特征,并揭示了NaxCoO2体系低频下的光谱结构中可能隐含的两个重要机制:一是存在电子-玻色子耦合模,二是来自eg到αlg的弱能带跃迁给这个体系的低频光谱性质带来很大的影响。第七章和第八章分别对x=0.85、0.48附近体系的光学性质作了单独介绍。最后是结论部分。