若干低维化合物的高压合成及物性研究

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:cjbin1688
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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:(1)在高压高温条件下,成功制备并发现具有一维自旋链结构的三元化合物Ba9Co3Se15。通过XRD、电输运、直流磁化率以及交流磁化率等测试手段对该化合物进行了系统的表征和研究。研究结果表明:该材料的晶体结构为六方结构,空间群为P-6c2(No.188),该晶体结构含有沿c轴方向共面链接的Co Se6自旋链,这些自旋链具有三聚化特征,并在ab平面内按照三角格子进行排布。在物性方面,该化合物表现为半导体行为,链内自旋相互作用为反铁磁相互作用,在3 K左右发生自旋玻璃转变。基于Ba9Co3Se15中的自旋链呈三角格子的排布,该体系可能存在几何磁阻挫,进而导致了上述自旋玻璃行为。(2)利用高压高温合成法成功制备并发现三元化合物La3Ti X5(X=P,As)及其相应的固溶体化合物La3Ti(Sb1-xAsx)5(x=0-1)和La3Ti(As1-yPy)5(y=0-1)。首先通过多晶粉末X衍射对La3Ti X5的晶体结构进行分析,并对其电输运、磁性等物理特性进行了系统的测试,再结合理论计算对其电子结构进行了研究。La3Ti X5的晶体结构的空间群为P63/mcm。在其晶体结构中,Ti X6八面体以共面的形式沿着c轴方向形成一维链,其中八面体沿着c轴方向轻微的压缩,当X元素从Sb到As,再到P,随着X原子半径的减小,压缩的Ti X6八面体逐渐释放。物性测试表明La3Ti X5均为Pauli顺磁金属,显著区别于Ba9Co3Se15绝缘体性质。理论计算表明La-5d轨道在费米面附近态密度的贡献不可忽略,这导致La3Ti X5呈现出三维金属的特性。从La3Ti Sb5到La3Ti P5,La的离子性逐渐增强,进而导致在导电链之间的电子跃迁减弱,从而使得电阻率随X原子半径减小而逐渐增大。(3)我们尝试利用磁性离子来取代La3Ti As5化合物的Ti元素,在高压高温条件下成功地制备并发现了新的化合物La3Cr As5和La3Mn As5。在对这两个化合物的晶体结构、电子结构、磁性、电输运以及热力学等物理性质进行了系统表征和研究后发现:这两个材料都结晶为六方晶系,空间群为P63/mcm。在晶体结构上,Cr/Mn As6八面体以共面的形式链接,并沿着c轴方向形成一维自旋链,链与链之间由La离子隔开,链间的距离约为9?。物性测试表明这两个化合物都是金属,并呈现三维长程铁磁序行为。吸收谱测试和理论计算的结果表明Cr/Mn的部分电子是巡游的。由于Cr/Mn As6自旋链之间的距离相当大,我们推测在这两个化合物中,巡游电子对自旋链之间的自旋耦合作用起着至关重要的作用,并影响着长程磁有序的形成。此外,我们对这两个化合物的磁临界行为进行了研究,结果表明La3Cr As5的磁临界参数接近于手性的XY模型;而La3Mn As5的磁临界参数却接近于三维海森堡模型。
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