過渡金屬化合物的磁性和巨磁阻效應研究.pdf

1、過渡金屬化合物由于其獨特的d電子而呈現(xiàn)出豐富多彩的物性，如高溫超導電性、巨磁阻效應、量子磁性、以及近年來熱門的拓撲保護表面態(tài)或外爾費米子等等。本論文選題為基于過渡金屬化合物的稀磁半導體以及巨磁阻效應材料，設計合成三個塊材稀磁半導體體系(La,Sr)(Cu,Mn)SO，(Ba,K)(Cd,Mn)2As2和(Sr,K)(Zn,Mn)2As2、發(fā)現(xiàn)PtBi2中無序導致的線性巨磁阻效應、在準一維材料NbTe4中觀測到巨磁阻效應和高壓誘導的超導電

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

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

4、有很低的矯頑力（小于10Oe）、很大的負磁阻（70％）和六方結構，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稀磁半導體，它實現(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結構，(Zn,Mn)2 As2層形成蜂窩狀的網(wǎng)絡。磁性測量顯示此體系在居里溫度為12K時會有一個鐵磁轉變，磁矩在μ0H=5 T

5、和T=2K可達到1.5μB/Mn。令人驚訝的是在T=2K時在μ0H=0.1T時負磁阻就達到38%，在μ0H=5T負磁阻達到99.8%。這里的巨磁阻效應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，在磁場μ0 H=15T和溫度T=2K時，磁阻可達到684%，線性磁阻隨溫度升高會降低，不過即使在室溫時，磁阻在磁場μ0H=15T下仍然可以達到61%。這樣的線性巨磁阻效應，

6、難以用量子模型來解釋，因為量子極限不能被滿足。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度，線性巨磁阻效應可以用經典的無序模型來解釋。
　?。?）低維結構的過渡金屬硫族化物一直由于存在電荷密度波以及它與超導的競爭而倍受關注。低維化合物中的超導體一直吸引了很多的興趣。我們報道了在一個存在大的自旋軌道耦合效應的準一維過渡金屬硫族化物NbTe4中由壓力導致的超導現(xiàn)象。當我們施加高壓時，CDW轉變被強烈抑制，然后超導出現(xiàn)。我們還發(fā)現(xiàn)N

7、bTe4中有巨磁阻效應。實際上只有很少幾個電荷密度波體系中有巨磁阻行為。這些發(fā)現(xiàn)深化了對準一維結構的硫族化合物的認識。
　　文章最后，還介紹了博士期間參與的其他方面的研究――具有負磁阻效應和非平庸貝利相位的外爾半金屬NbAs體系。我們報道了NbAs的電子輸運性質。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驗所證實。我們探測到了NbAs中由手性奇異導致的負磁阻效應。我們還測到了從很低磁場下就開始的明顯的Shu