過(guò)渡金屬化合物的磁性和巨磁阻效應(yīng)研究.pdf

1、過(guò)渡金屬化合物由于其獨(dú)特的d電子而呈現(xiàn)出豐富多彩的物性，如高溫超導(dǎo)電性、巨磁阻效應(yīng)、量子磁性、以及近年來(lái)熱門(mén)的拓?fù)浔Ｗo(hù)表面態(tài)或外爾費(fèi)米子等等。本論文選題為基于過(guò)渡金屬化合物的稀磁半導(dǎo)體以及巨磁阻效應(yīng)材料，設(shè)計(jì)合成三個(gè)塊材稀磁半導(dǎo)體體系(La,Sr)(Cu,Mn)SO，(Ba,K)(Cd,Mn)2As2和(Sr,K)(Zn,Mn)2As2、發(fā)現(xiàn)PtBi2中無(wú)序?qū)е碌木€性巨磁阻效應(yīng)、在準(zhǔn)一維材料NbTe4中觀測(cè)到巨磁阻效應(yīng)和高壓誘導(dǎo)的超導(dǎo)電

2、性。主要的創(chuàng)新性結(jié)果如下：
　?。?）我們合成了三個(gè)塊材稀磁半導(dǎo)體（DMS）系統(tǒng)：(La,Sr)(Cu,Mn)SO，(Ba,K)(Cd,Mn)2 As2和(Sr,K)(Zn,Mn)2 As2。LaCuSO作為一個(gè)寬能隙的p-型氧化物半導(dǎo)體，理論預(yù)測(cè)它滿足成為室溫稀磁半導(dǎo)體的條件，我們合成了La1xSrxCu0.925Mn0.075SO(x=0,0.025,0.05,0.075和0.1)，確認(rèn)是一個(gè)p-型氧化物稀磁半導(dǎo)體系統(tǒng)，居里溫

3、度在x≥0.05時(shí)約為200K，這是迄今為止已知的塊材稀磁半導(dǎo)體中能達(dá)到的最高居里溫度之一。此系統(tǒng)提供了一個(gè)稀有的具有p-型導(dǎo)電性的氧化物稀磁半導(dǎo)體，這對(duì)形成高溫自旋電子學(xué)器件非常重要。我們還合成了K和Mn共摻雜的BaCd2As2稀磁半導(dǎo)體。Ba1yKyCd2xMnxAs2具有六方的CaAl2Si2結(jié)構(gòu)，其Cd2As2層形成蜂窩狀的網(wǎng)絡(luò)。在此體系中Mn的含量可以達(dá)到x～0.4。磁性測(cè)量顯示樣品有鐵磁轉(zhuǎn)變，居里溫度可以達(dá)到16K。此體系具

4、有很低的矯頑力（小于10Oe）、很大的負(fù)磁阻（70％）和六方結(jié)構(gòu)，這使Ba1yKyCd2xMnxAs2成為自旋操縱器件的很有希望的候選材料。另外我們還合成了(Sr,K)(Zn,Mn)2As2稀磁半導(dǎo)體，它實(shí)現(xiàn)了電荷和自旋的分別操控。與Ba1y Ky Cd2x Mnx As2體系一樣，它具有六方的CaAl2 Si2結(jié)構(gòu)，(Zn,Mn)2 As2層形成蜂窩狀的網(wǎng)絡(luò)。磁性測(cè)量顯示此體系在居里溫度為12K時(shí)會(huì)有一個(gè)鐵磁轉(zhuǎn)變，磁矩在μ0H=5 T

5、和T=2K可達(dá)到1.5μB/Mn。令人驚訝的是在T=2K時(shí)在μ0H=0.1T時(shí)負(fù)磁阻就達(dá)到38%，在μ0H=5T負(fù)磁阻達(dá)到99.8%。這里的巨磁阻效應(yīng)可以用安德森局域化理論解釋。
　?。?）我們首次合成了非磁性的PtBi2單晶，觀察到此體系有巨大的線性磁阻效應(yīng)，在磁場(chǎng)μ0 H=15T和溫度T=2K時(shí)，磁阻可達(dá)到684%，線性磁阻隨溫度升高會(huì)降低，不過(guò)即使在室溫時(shí)，磁阻在磁場(chǎng)μ0H=15T下仍然可以達(dá)到61%。這樣的線性巨磁阻效應(yīng)，

6、難以用量子模型來(lái)解釋，因?yàn)榱孔訕O限不能被滿足。相反我們發(fā)現(xiàn)磁阻的斜率和霍爾遷移率可以很好的標(biāo)度，線性巨磁阻效應(yīng)可以用經(jīng)典的無(wú)序模型來(lái)解釋。
　?。?）低維結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬硫族化物一直由于存在電荷密度波以及它與超導(dǎo)的競(jìng)爭(zhēng)而倍受關(guān)注。低維化合物中的超導(dǎo)體一直吸引了很多的興趣。我們報(bào)道了在一個(gè)存在大的自旋軌道耦合效應(yīng)的準(zhǔn)一維過(guò)渡金屬硫族化物NbTe4中由壓力導(dǎo)致的超導(dǎo)現(xiàn)象。當(dāng)我們施加高壓時(shí)，CDW轉(zhuǎn)變被強(qiáng)烈抑制，然后超導(dǎo)出現(xiàn)。我們還發(fā)現(xiàn)N

7、bTe4中有巨磁阻效應(yīng)。實(shí)際上只有很少幾個(gè)電荷密度波體系中有巨磁阻行為。這些發(fā)現(xiàn)深化了對(duì)準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)的硫族化合物的認(rèn)識(shí)。
　　文章最后，還介紹了博士期間參與的其他方面的研究――具有負(fù)磁阻效應(yīng)和非平庸貝利相位的外爾半金屬NbAs體系。我們報(bào)道了NbAs的電子輸運(yùn)性質(zhì)。理論提議NbAs為外爾半金屬的候選材料，這也被角分辨率光電子能譜實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。我們探測(cè)到了NbAs中由手性奇異導(dǎo)致的負(fù)磁阻效應(yīng)。我們還測(cè)到了從很低磁場(chǎng)下就開(kāi)始的明顯的Shu