新型准一维量子功能材料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 : 5次 | 上传用户:shijipan
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一维材料体系由于维度降低,其物理性质通常有别于二维和三维材料体系,展现出许多新颖的物理现象。本论文主要利用高温高压技术发现并制备了系列新型准一维三元硫族化合物,并对该系列化合物的晶体结构、电输运性质、磁学相关性质及热力学性质进行了系统研究,主要的研究内容包括以下几个方面:(1)热电材料在能源转化方面受到广泛关注,锡的硫族化合物成为热电领域的研究热点。利用高温高压条件,合成了Ba9Sn3Te15单晶,通过单晶衍射技术对Ba9Sn3Te15的晶体结构进行了详细分析,证明Ba9Sn3Te15具有准一维晶体结构。通过系统掺杂,获得了Ba9Sn3(Te1-xSex)15(x=0–1)系列化合物,其带隙和Seebeck系数随着Se含量增大单调增大。理论计算结果显示Ba9Sn3Te15和Ba9Sn3Se15具有典型的一维导体电子能带结构。SnTe6一维链很容易受到Umklapp散射影响表现为半导体。制备Ba9Sn3(Te1-xSex)15(x=0–1)系列单晶成,进行各向异性Seebeck系数测定成为寻找高效热电转化效率材料的关键。(2)准一维自旋链体系中,相邻自旋链的耦合强度强烈影响着材料的磁有序温度和电输运行为。BaVSe3中相邻自旋链之间的距离为6.999?,存在较强的耦合,表现为三维电子结构。在高温高压条件下发现并制备了由一维VSe6自旋链组成的化合物Ba9V3Se15。通过粉末X射线精修揭示了Ba9V3Se15的晶体结构相关信息,并给出邻近链之间的距离为9.5745?。电输运、交流/直流磁化率、比热测试以及理论计算证实Ba9V3Se15中一维自旋链是由V(2)(↓)V(1)(↑)V(2)(↓)重复单元形成的有效铁磁链,具有高度一维性。(3)建立准一维材料中相邻自旋链之间的耦合强度与磁有序温度和电输运行为之间的定性关系对不同应用需求的一维材料设计具有指导意义。利用高温高压技术,发现并制备了由一维VTe6铁磁链组成的化合物Ba9V3Te15。粉末X射线衍射精修结果显示,邻近自旋链之间的距离为10.1848?。磁化率和中子测试表明,Ba9V3Te15在3.65 K形成长程铁磁有序态,磁矩沿着c轴方向呈铁磁分布。系统比较BaVSe3、BaVS3以及Ba9V3Te15、Ba9V3Se15的磁电行为,发现随着相邻自旋链耦合作用减弱,磁有序温度降低,输运性质由金属向绝缘体转变。(4)在铁基超导体中,硫族化合物往往具有更大的局域磁矩,表现出不同于FeAs类化合物的费米面,呈现了更加丰富的相图。在高温高压条件下制备了Ba9Fe3Se15单晶,通过单晶X衍射测试和数据精修给出了明确的晶体结构。磁化率、比热、中子衍射实验证明Ba9Fe3Se15在15 K形成长程反铁磁有序,磁矩平行于ab面,链内不同磁矩沿c方向呈非公度螺旋形排列。高压同步辐射、拉曼光谱、X射线发射光谱以及电输运行为测试发现Ba9Fe3Se15晶体结构稳定,在30GPa时晶格收缩并伴随绝缘体金属转变,出现类超导电性出现,这与Fe2+高自旋到低自旋的电子态转变密切相关。Ba9Fe3Se15可能是一种新型的准一维结构铁基超导体。
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