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层状金属氧化物Na<,x>CoO<,2>体系由于其存在诸多有趣和复杂的物理现象，在强关联物理机制研究上引起了人们极大的兴趣，已成为近年来强关联物理和材料科学的一个新兴前沿领域。特别是在应用上，Na<,x>CoO<,2>体系是一种潜在的“电子晶体声子玻璃”的热电材料，即同时具备晶体的导电性和玻璃的热导性。而且人们发现具有插水Na<,0.35>CoO<,2>·1.3H<,2>O化合物具有超导电性，其转变温度T<,c>=4.3 K，使得人们对这类具有三角格子的Co氧化物具有极大兴趣。这种新型超导材料已成为超导研究的热点之一，是继铜氧化物超导体之后的又一个由Mott绝缘体载流子掺杂产生的超导体。为了深入探索这种新材料的物性和超导机理，人们对Na<,x>CoO<,2>、Na<,0.35>CoO<,2>·1.3H<,2>O和一些相关材料进行了大量的理论和实验研究，特别是由于电荷、轨道、自旋自由度之间的相互耦合和高的自旋极化特征，使得该体系表现出诸多奇异的物理性质和丰富的物理内涵，涉及到强关联和多体系统、金属-绝缘(M-I)转变等一系列凝聚态物理的基本问题。在这一研究领域中，对材料低温输运性质的研究是诸多研究者关注的焦点，因为在低温下热扰动对材料各种物理特性的影响减小，低温下的输运性质能够直接地反映材料的本征物理行为。本文选取具有稳定γ相结构的Na<,x>CoO<,2>母体以及磁性Mn离子掺杂的Na<,γ>Co<,1.x>Mn<,x>O<,2>(γ=0.7)为具体研究对象，对体系的结构和低温反常输运行为进行了系统研究。全文共分六章，主要内容为：
第一章综述了强关联氧化物Na<,x>CoO<,2>体系的研究进展，重点介绍了Na和Co位掺杂效应、低温反常输运及其可能的物理机制。就本论文研究工作的目的、意义和主要研究内容进行了概括性的描述。
第二章阐述了实验样品的制备方法、结构表征、物性测量的方法和基本原理，主要包括电、磁输运性质和比热性质等测量结果。
第三章通过制备Na<,x>CoO<,2>(x=0.60～0.78)和Na<,γ>Co<,1.x>Mn<,x>O<,2>(γ=0.7，x=0～0.1)系列样品，研究了不同Na含量的γ相的样品的结构和电输运特性以及磁性Mn粒子替代Co位对母体的结构，电磁特性产生的影响。结果表明除了Na含量为0.78的样品，各样品的电阻率略微增加，这个化学配比附近较容易生成稳定的Na<,0.7>CoO<,2>样品。对于典型的Mn掺杂的γ相的样品，实验结果发现，由于Mn离子半径大于Co离子半径，CoO<,2>的面间距增加，晶胞参数a基本不变，晶胞的体积相应增大。对于所有的测量样品磁测量结果，在高温区其磁化曲线几乎不随温度变化，都趋向一个稳定的值。而随着温度逐渐趋于2K．未掺杂的样品，磁化强度有一个由于准二维的反铁磁涨落引起微弱的增加，并且存在有不明显的拐点，而对于所有的掺杂样品，拐点消失，低温区磁化曲线急剧上升。低温区所有的掺杂样品都满足居里-外斯(Curie-Weiss)定律：样品存在反铁磁相互作用，随着Mn掺杂量的增加这种反铁磁相互关联逐渐减小。随着Mn掺杂量的增加，样品对低温处的磁化影响尤为明显。同时电输运特性的结果表明样品输运特性尤其在低温处对Mn掺杂非常敏感，x=0.03的掺杂量就可以导致样品在低温处发生金属-半导体(M-SC)转变。而在高温处样品的变化趋势基本没有变化。这些低温物理特性的反常是有掺杂导致的，而磁性Mn离子在这里起着主要的作用，说明掺杂导致的M-SC转变即低温电阻最小与样品的磁特性存在着关联。该研究结果对Na<,x>CoO<,2>的低温物性研究提供了一些实验证据。
第四章重点讨论Na<,γ>Co<,1-x>Mn<,x>O<,2>(γ=0.7，x=0，0.03，0.07，0.1)体系的低温电阻最小行为，对其中出现的电阻最小现象可能的物理机制进行深入的研究。首次用各种相互作用机制分析了这种强关联Na<,γ>CoO<,2>体系里通过掺杂导致而成的低温电阻最小。首先我们由磁测量的结果推测样品的低温电阻最小是由于Kondo散射引起的。继而重点分析了Mn掺杂量为x=0.07的样品。我们给出了在不同磁场下样品的物理性质，结果发现磁场对样品的低温电阻上翘抑制并不十分明显。实验证明了样品除了存在磁性掺杂导致的自旋相关散射以外，必定存在其他的物理机制。考虑到Na<,γ>CoO<,2>属于强关联体系，我们用电子电子相互作用和Kondo散射对实验结果进行了理论拟合，实验和理论结果完全一致。同时对各拟合参数进行了分析。掺杂导致了电子一电子相互作用系数明显增强，对样品的低温电阻最小起着重要的作用。证明了Na<,γ>Co<,1-x>Mn<,x>O<,2>是一种“类近藤”氧化物且存在很强的电子一电子相互作用，且在低温电阻最小的现象中起着重要的作用。该研究结果给Na<,γ>Co<,1-x>Mn<,x>O<,2>体系低温电阻反常输运提供一些实验和理论的证据。
第五章主要给出了Na<,γ>Co<,1-x>Mn<,x>O<,2>(γ=0.7，x=0，0.03，0.05，0.07，0.1)系列样品零场下的低温比热的研究结果。发现了在以前未掺杂母体中的在T=28K附近的低温比热峰。而掺杂导致了这种尖峰的平滑，其原因可能是由于掺杂导致的磁涨落引起的。我们对样品中各种产生比热的可能机制进行了拟合，发现样品的低温比热可以用电子，晶格，磁以及能级劈裂几部分组成。掺杂对电子相互作用以及能级劈裂的比热贡献有明显的变化，这与前文对多晶样品的研究相一致。进一步说明了掺杂导致了样品的无序，电子电子相互作用增强。反映了钴氧化物强关联电子特性的普遍特征，对强关联Na<,x>CoO<,2>体系物理机制的理解具有重要作用。
第六章对本论文工作给予了总结，并对目前工作的发展进行了讨论和展望。