3d金屬三元氮化物ANM3(M=Cr,Co)的制備與物性研究.pdf

1、3d過渡金屬三元氮化物ANM3(A=Cu，Ag，Ga，Sn,Al，Zn，Ge，In等;M=Ni,Mn,Fe，V，Cr，Co等)由于其豐富的物理性質(zhì)和潛在的應(yīng)用功能屬性逐漸成為近年來新材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本論文選取Cr基和Co基氮化物ANM3(M=Cr，Co)為研究對(duì)象，詳細(xì)研究了其母體化合物的制備方法、晶體結(jié)構(gòu)、磁性、電輸運(yùn)以及熱輸運(yùn)性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了化學(xué)摻雜對(duì)其物性的影響，總結(jié)演變規(guī)律，尋找優(yōu)化相關(guān)功能屬性的方法，為該體系的材

2、料設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.Cr基氮化物ANCr3通常采用A元素與前驅(qū)物NCr的固相反應(yīng)法制得。我們成功利用共沉淀法和固-氣反應(yīng)法獲得了不同晶粒尺寸的純相NCr，并詳細(xì)給出上述兩種方法制備NCr的實(shí)驗(yàn)條件和過程。
　　2.詳細(xì)研究了Cr基氮化物PNCr3的制備方法、晶體結(jié)構(gòu)、電輸運(yùn)、熱輸運(yùn)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PNCr3的晶體結(jié)構(gòu)為層狀反后鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其電輸運(yùn)測(cè)試呈現(xiàn)出金屬行為，在低溫表現(xiàn)出費(fèi)米液體行

3、為。低溫比熱和低溫電阻率測(cè)量結(jié)果分析表明PNCr3體系中存在相當(dāng)強(qiáng)的電子關(guān)聯(lián)，這可能與PNCr3在低溫至2K都未出現(xiàn)超導(dǎo)有著一定聯(lián)系。PNCr3的熱導(dǎo)率主要來自晶格熱導(dǎo)κL和電子熱導(dǎo)κe的共同作用，兩種不同熱導(dǎo)率對(duì)體系總的熱導(dǎo)率貢獻(xiàn)相當(dāng)。
　　3.系統(tǒng)研究了Cr基氮化物GeNCr3的制備及基本物性，同時(shí)研究了化學(xué)摻雜對(duì)該體系物性的影響。GeNCr3為四方-反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，在420K附近同時(shí)存在一個(gè)一級(jí)反鐵磁-順磁相變與結(jié)構(gòu)相變，且結(jié)

4、構(gòu)相變的發(fā)生引發(fā)了磁相變。另外，電阻率、比熱曲線都在磁相變溫度處有明顯異常，表明該體系中電子、聲子、自旋之間存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。我們?cè)贕eNCr3體系中的不同位置進(jìn)行了系統(tǒng)的化學(xué)摻雜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cr位Mn、Fe元素的摻雜使得該體系的磁/結(jié)構(gòu)相變溫度隨摻雜量的增加向低溫移動(dòng)，這主要?dú)w因于Mn或Fe元素的摻雜導(dǎo)致該體系中NCr6八面體發(fā)生畸變，從而引發(fā)結(jié)構(gòu)相變溫度逐漸降低。相反，Ge位Si元素的摻雜實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明樣品依然發(fā)生了磁/結(jié)構(gòu)相變，但是磁/結(jié)

5、構(gòu)相變溫度不隨摻雜量的增加而繼續(xù)降低，這主要是因?yàn)樵谒姆襟w的頂角位置摻雜對(duì)NCr6八面體產(chǎn)生的影響較少。
　　4.通過固-氣反應(yīng)法成功制備出了純相的Co基氮化物GeNCo3，并詳細(xì)研究了其晶體結(jié)構(gòu)及磁、電、熱等物性。磁性測(cè)量表明GeNCo3中存在自旋玻璃行為，并得到自旋玻璃態(tài)的特征參數(shù)如下:凍結(jié)溫度T0=79.43K，特征參數(shù)zv=6.156，以及弛豫時(shí)間τ0=5.0×10-12s。通過研究證實(shí)GeNCo3中自旋玻璃行為起源于Ge