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本论文介绍了目前在凝聚态领域中受人关注的材料NaxCoO2的研究状况，重点介绍了不同Na含量的样品系列中，物理性质较特殊的一个绝缘体Na0.5CoO2的实验和理论现状，特别是我在博士期间完成的对这个绝缘体材料的转角磁阻实验结果。
NaxCoO2有着丰富的相图和特殊的晶格结构。当Na含量比较低，x＜0.5的时候，它是一个顺磁性金属。随着Na含量的增加，0.5＜x＜0.75，这个材料呈现出居里-外斯金属行为，其电阻行为是金属的，而磁化率是居里-外斯型的。当体系的Na含量很高的时候，x＞0.75，它在低温下成为了一个有反铁磁关联的金属。而当x～0.5时，NaxCoO2成为一个绝缘体。
NaxCoO2晶体是层状的准二维结构，由Co-O层和Na离子层沿着c轴方向依次堆积而成。与层状材料高温超导体铜氧化物的结构不同的是，Co离子在Co-O面上形成的是三角晶格的结构，而并非四方晶格的结构。
Na0.5CoO2在NaxCoO2这个材料系列中是很特殊的，它在低温下是一个绝缘体，而其它Na含量的NaxCoO2都是金属。目前观察到它在降温过程中会经历三个相变，相变点是Tc1(～88 K)，Tc2(～50 K)和Tc3(～25 K)。
Tc1的相变是一个磁性相变，它导致在Co-O面上形成了一个反铁磁的条状有序结构。在Tc2相变中，Co-O面上的电荷进一步分离，并形成了电荷有序的条状结构，导致了宏观上电阻的金属-绝缘体相变。Tc3这个相变，根据目前理论上的假设，可能是由于自旋磁矩进一步的磁性关联效应引起的。
为了进一步揭示这个电荷有序绝缘体Co-O面上的对称性在这三个相变点的变化信息，我们测量了电荷有序绝缘体Na0.48CoO2单晶的转角磁阻随温度的变化。转角磁阻实验是让一定大小的磁场以一定速率在Co-O面内旋转(从0到360°)，并测量c轴方向的磁阻。我们实验中所测量的温度范围是5到100 K，所用的磁场是10 T。通过对得到的转角磁阻实验曲线作傅立叶变换，得到了它的周期性结构。
首先，可以清楚的看到，在低于样品的相变温度Tc2下，转角磁阻曲线中最强的振荡是二度对称(周期是180°)的。并且，这个二度对称的振荡一直持续到Tc1附近。但是当温度高于Tc2时，二度振荡的幅度会大大减弱。转角磁阻曲线的这种周期性结构的变化，反映了Na0.48CoO2单晶Co-O平面上对称性的变化，而这些对称性的变化反映了Co-O面上的电荷结构和磁结构的变化。在Tc1的磁性相变中，产生了条状的反铁磁序，从而导致了Co-O面上的二度对称性。在Tc2相变中，电荷有序相变使得电荷进一步分离成Co3+和Co4+离子，并且形成了条状序的结构，这种条状结构比Tc1磁相变中形成的反铁磁条状序更加稳定，导致Co-O面上的二度对称性进一步增强。
其次，在低于Tc3的低温下，除了二度对称的振荡外，我们发现四度和六度对称性的振荡(周期分是90°和60°)变得显著起来。这是因为在低温下的基态中，由于磁关联效应形成了四方和六角的磁格子。
本论文最后介绍了Na0.85CoO2单晶的混磁相变的实验。通过测量这个材料的比热，磁化率和磁阻，发现了在低温下(＜20 K)，沿着c轴方向的一定大小的磁场Hc(～8 T)会导致这个材料的混磁相变，使得这个材料由反铁磁的基态变为铁磁性的极化态。因为这个材料晶体结构的各向异性，导致了磁性作用的各向异性，当磁场沿着Co-O面方向的时候，没有发现这个混磁相变。