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1 篇 学位论文

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1 篇 理学
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1 篇 工学
- 1 篇 材料科学与工程（可...

主题

1 篇 电和磁电性质
1 篇 层状三角晶格
1 篇 反常霍尔效应
1 篇 晶体生长

机构

1 篇 南京大学

作者

1 篇 张滨滨

语言

1 篇 中文

检索条件"主题词=电和磁电性质"

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排序：

层状三角晶格氧化物KxRhO2晶体的生长与物性研究

层状三角晶格氧化物KxRhO2晶体的生长与物性研究

引用

作者：张滨滨南京大学

学位级别：博士

近年来,具有层状结构的过渡族金属氧化物由于具有丰富的物理性能和巨大的潜在应用前景引起了材料学界和物理学界的极大关注。过渡族金属氧化物丰富的物理性质来源于过渡族金属的电子关联,不同类型和强度的晶体场,以及自旋-轨道作用。而... 详细信息

近年来,具有层状结构的过渡族金属氧化物由于具有丰富的物理性能和巨大的潜在应用前景引起了材料学界和物理学界的极大关注。过渡族金属氧化物丰富的物理性质来源于过渡族金属的电子关联,不同类型和强度的晶体场,以及自旋-轨道作用。而层状结构特征使晶体结构、电子能带结构、声子结构具有强烈的各向异性,进而影响了相应的电、热、电磁输运性质。特别地,在三角晶格的体系中,当考虑到电子的自旋自由度,还会伴随几何阻挫效应。这三种效应共同作用,使含过渡族金属元素的层状氧族物展现出丰富的物理效应。例如：同时具有巨热电势和金属性的NaxCoO2、特大磁阻的PdCoO2、非常规超导Sr2Ru04等等。到目前为止,对AxBO2型层状三角晶格结构的过渡族金属氧化物的研究集中在含3d过渡族元素的化合物,而对含4d过渡族元素的AxBO2的化合物的研究比较少。许多问题亟待研究,例如：1、在4d过渡族元素中,电子-电子关联(U)效应会减弱,但是自旋轨道耦合(SOC)作用增强。这一变化将对材料的电、磁、磁电和热电性能有何影响?2、理论预言：在三角晶格中,通过调节掺杂浓度和磁耦合强度,会出现丰富的磁结构,并且有可能实现较大的、甚至量子化的反常霍尔效应。在实验上是否能观察到?3、在含3d过渡族元素AxBO2型化合物中,x值的改变会产生丰富的电子相图,在4d的系统中是否也会出现类似的现象?本论文中,我们选择层状三角晶格4d过渡族金属氧化物KxRhO2材料体系为研究对象。采用高温熔液法和化学方法制备出系列高质量的KxRhO2(x=0.24～0.72)单晶样品。对这些晶体的结构、成分、形貌,结合理论计算对其低温电磁输运性质进行了系统的研究。主要研究工作和结论如下：1、采用高温熔液法成功生长了KxRh02(x=0.55,0.58,0.63和0.72)的单晶。XRD全谱拟合证明其晶体空间群为P63mmc。对KxRhO2晶体生长机制进行了深入研究。结合***和差热分析发现：晶体的生长界面是光滑界面。生长机制是二维多个晶核同时形成,沿着晶体ab面长大,最后拼接形成片状的晶体。2、发展了化学脱K方法,制备出一系列低K含量的KxRhO2晶体。XRD、Raman和非弹性中子散射的结果都证明晶体中K离子在二维夹层中分布不均匀。理论计算表明,脱K过程中K离子沿一维通道迁移,而且K离子存在多个亚稳位置。K离子的不均匀性与存在多个亚稳位置有关。实验上结合低温退火的方法,能够改善K的不均匀分布,进而获得高质量样品。3、对kxRhO2(x=O.24～0.72)晶体输运性质进行了系统的研究,实验发现：(1)kxRhO2(X=0.24～0.72)(除了x=0.5附近区域)晶体表现出空穴型金属行为,载流子浓度和迁移率分别为1022cm-3和1～10cm2V-1s-1量级。理论计算表明金属电性是由K离子的缺失导致Rh原子的d带穿过费米面产生的。(2)x=0.5附近区域,在高温时与其他组分类似,表现出金属的行为。但在低温时出现了金属-非金属转变,并且伴随负磁电阻和反常霍尔效应。结合磁性测试和理论计算,推测反常的磁电输运行为与非共面的磁有序有关。磁有序对掺杂的浓度非常敏感,当K的含量偏离x=0.5,反常磁电输运行为消失。(3)KxRhO2(x=0.24～0.72)晶体a6面和c方向的电阻显示了强烈的各向异性,且在低温时通常表现出多带特征和Landau费米液体行为。(4)x=0.63的晶体室温下具有一个相对较大的塞贝克系数46.3μV/K和功率因子2.2 W·cm-1 K-2。4、生长制备了未掺杂和稀土元素(***和Dy)掺杂的K0.58RhO2样品。实验发现Sm、Ho和Dy掺杂的晶体,在10 K以下出现了巨磁阻效应和反常霍尔效应。这些效应的产生机制是：巨磁阻效应行为来源于***和Dy掺杂的K0.58RhO2样品中形成了铁磁性团簇。反常霍尔效应的产生不仅来源于铁磁团簇,而且还与具体掺杂的磁性离子Sm、Ho和Dy f壳层的电子数有关。在Sm掺杂的样品中,Sm3+离子建立的铁磁耦合增强了由洛伦兹力产生的正常的霍尔电阻,而H03+和Dy3+离子建立的反铁磁耦合减弱了洛伦兹力产生的霍尔效应。通过上述研究,我们对KxRhO2(x=0.24～0.72)体系的微结构、生长机制、电磁输运有了深入的理解。所发展的晶体生长方法与化学脱K制备系列K成分单晶的方法可以直接应用于类似的层状结构化合物中。KxRhO2的物理性质研究对理解其它含4d过渡族金属氧化物的性质有借鉴作用。

关键词：层状三角晶格晶体生长反常霍尔效应电和磁电性质

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