由于可以通过深入地研究自旋、轨道和晶格的耦合机制的科学原理来实现调控材料物理性质的目的，从而开拓可能的应用空间和潜力，所以引起了研究人员广泛地关注。这个耦合机制存在于RVO3(R3+)、RTiO3.RV2O4.RTi2O4等具有轨道自由度的体系中。本工作就是通过制备具有尖晶石结构的V基和Ti基化合物来研究这些材料的物理性质和自旋、轨道、晶格的耦合机制。　　 1．我们研究了MUV2O4的结构、输运和磁性质。研究发现结构相分离引起应力并且引起了磁滞，进而导致ESR强度的变化。我们通过平均场分析解释了MnV2O4低温下的磁性质，并得到了MN2+与Mn2+之间的交换作用JA、V3+与V3+之间的交换作用JB、Mn2+与V2+之间的交换作用JAB。　　 2．通过研究Mn1-xMgxV2O4(0＜X＜0.8)的结构、输运和磁性质，发现磁转变温度和结构相交温度随着Mg掺杂量增加而下降，同时伴随着晶格的收缩和电子激活能下降。这两个转变温度相互靠近，最后当掺杂量X达到0.2时重合。当掺杂量大于0.2时，磁基态从长程的亚铁磁态过渡到玻璃态。玻璃态的转变温度随掺杂量增加而持续下降。另一方面随着掺杂，低温下的饱和磁矩并非单调下降，这是由于Mg掺杂引起的两个效应的竞争。通过平均场的理论分析，这些现象得到了理解。我们的分析支持MnV2O4中的轨道有序是晶格-轨道相互作用引起的观点。　　 3．通过研究多晶尖晶石CoV2O4的电、磁、热和结构性质，发现多晶CoV2O4在142K经历一个从顺磁到亚铁磁的相变。当温度降低到59K时，经历另一个相变，并且伴随着一系列异常的物理性质的显现。磁化强度出现一个上升，热导在同一温度显现一个低谷，而交流磁化率的行为表明在59K以下出现短程特征。这些现象归结于V3+磁亚晶格内的自旋从共线态到非共线态的磁相变。令人奇怪的是，尽管比热峰发生在142K而不是100K，热导在100K出现一个低谷而不是在142K。我们还从理论上对于CoV2O4的轨道态对自旋态的影响加以了讨论。　　 4．我们研究了A位掺杂Zn2+离子的Co1-xZnxV2O4(0≤x≤0.2)的结构性质、磁性质和热性质。磁化强度的上翘△M、交流磁化率的温度依赖关系、热导谷的出现和温度T1处的比热峰清楚地表明了母体转变的存在。随着2n2+离子掺杂的浓度上升，这些现象被逐渐地抑制了。这系列的变化归因于温度T1处的转变逐渐被抑制，并引起V3+亚晶格内新型自旋团簇玻璃的逐渐融化。通过能带的定性分析和四阶微扰理论，温度T1处转变的抑制和新型自旋团簇玻璃的融化可能是由于Zn2+离子掺杂带来的氧的2p电子带能级上移。氧能带的上升得到了红外吸收谱红移的证实。　　 5．在多晶样品MnTi2O4中，是小极化子导电，在温度T1以上或以下激活能隙不同。当温度降低到T1处时，磁化率偏离Curie-Weiss定律。同样是在T1处，比热经历一个转变。发生在温度T1处的一系列现象归因于微结构的畸变。并推断微结构的畸变是由短程的轨道有序态导致的，这得到了热导在T1处上翘的证实。这个结果与文献报道的MnTi2O4在180K经历一个立方到四方的结构相变不同。随着温度进一步降低，MnTi2O4体系在温度TN处进入长程的亚铁磁态。另外，对于MnTi2O4,正值的热电势随温度下降而减小，并在温度Tpn处经历一个p-型半导体到n-型半导体的转变。经过理论计算与分析，这个现象归因于相对论的自旋-轨道耦合和JT效应。在A位掺杂的多晶样品Mn1-xMgxTi2O4中，发现在温度T1处的一系列现象仍然存在。不同的是，掺杂样品在25K以下的ESR信号相对母体明显变宽了，这可能是与掺杂带来的微观有效磁场不均匀有关；Seebeck系数在整个测量温区都是正值，表明是空穴极化子载流子对输运性质起主导作用，而且Seebeck系数随温度下降而下降，这可能是由于掺杂带来的微结构畸变抑制了相对论的自旋-轨道耦合和JT效应造成的。　　 我们还对自旋和晶格的相互作用的影响、电子轨道有序的形成机制等进行了理论上的探讨。　　 1．本文结合了s-p相互作用考察了在外磁场下它对不同材料的磁性质、输运性质、结构性质和氧同位素效应的影响。研究结果表明：外磁场能够增强自旋之间的铁磁交换能，合理解释了Tc随外磁场升高而提高的现象，并且使布里渊区中心的自旋波产生一个激发能隙；预言了CdCr2O4中存在由s-p相互作用引起的氧同位素效应，s-p和e-p共同支配了庞磁阻材料体系中的氧同位素效应；在温度降到Tc以下s-p会引起声子的硬化；并引起电阻的增大。　　 2．在本工作中，我们基于具有eg轨道自由度的磁性离子提出了直接的库仑排斥作用可以导致轨道有序的机制。研究表明，在180度位形中，超交换作用主导着轨道的占据，同时伴随着较弱的轨道-自旋相互作用；在90度位形中，直接的库仑排斥作用起主要作用。并且在90度位形下，一维的轨道链的基态为稳定的铁轨道序。　　 3．利用对角化的方法，我们定量地研究了尖晶石体系RV2O4中单离子轨道有序。研究发现，如果相对论的自旋-轨道耦合与JT效应远比电子跳跃能大，它们将导致轨道有序。然而，根据较小的输运能隙可以推测出RV2O4(R=Mg，Zn，Cd)具有较大的电子跳跃能，因此RV2O4(R=Mg，Zn，Cd)中发生的轨道有序不是有单离子的自旋-轨道耦合和JT效应引起的。