几种功能材料的压力效应研究

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本论文主要介绍的是:使用金刚石压砧技术,开展的对具有AB03结构的SrlxCaxCrO3Mott化合物、CI系高温超导体Sr2-xCaxCu02+8Cl1.2、以及过渡金属氢化物(TiH2)和氮化物(Cu3N)的高压原位物性研究。主要研究内容为:   一、带宽调制型的Mott绝缘体Sr1-xCaxCrO3体系随着Ca含量的增加晶体结构将会发生由立方Pm3m到四方14/mcm最终转变为正交Pbnm。材料的磁学性质性则会发生由顺磁性到反铁磁性,最终到倾斜的反磁性的转变,伴随着将会发生3d电子由巡游态到局域态的转变。同时体系的磁性,热电势、热导都展示了与众不同的性质。利用金刚石压砧内的电阻测量方法研究了Sr1-xCaxCrO3(x=0,1/6,2/6,3/6,4/6,5/6,1)体系的压力(常压~40GPa)驱动的绝缘体一金属转变。在整个体系都观察到了压力诱导的绝缘体-金属转变。发现随着钙含量的增加,Sr1-xCaxCrO3体系发生绝缘体-金属转变的相变压力逐渐增高。同步辐射实验结果表明,在相同压力区间内没有晶体结构的突变,这个转变属于由于压力诱导的带宽和带隙的变化引起的等结构电子结构相变。   二、利用金刚石压砧电阻测量方法研究了超导转变温度Tc=90K的Cl系高温超导体Sr2-xCaxCuO2+8Cl1.2(x=0.3)的Tc随压力的变化关系。首先Sr2-xCaxCuO2+6Cl1.2(x=0.3)的超导转变温度Tc随着压力的增加而增加,当压力达到9GPa时Tc达到最大值110K,然后随着压力的增加而减小。由Tc与压力P的关系得到dTc/dP=3.2KGPa-1。由于高温超导体的超导转变温度随压力的变化是一个十分复杂的过程,不仅载流子浓度对超导转变起了很大的作用,压力驱动的氧有序同样起到了一个十分重要的作用。经过室温退火的样品可以在很大程度的减小氧无序。通过对室温退火样品的高压电学实验,发现此时Tc随着压力的增加呈现线性下降,下降率为dTc/dP--6.3KGPa-1。这表明压力驱动的氧有序对Sr2-xCaxCu02+6C1l.2(x=0.3)的Tc变化起到了十分重要的作用。室温退火样品的转变温度随压力的变化趋势表明此时的样品是最佳掺杂的,并且具有最佳的载流子浓度。Tc随压力增加的快速下降部分来自于样品内的载流子的增加,   三、使用金刚石压砧和同步辐射技术对过渡金属氢化物TiH2的高压下的结构演化进行了研究。在高压同步辐射实验发现,TiH2在很低的压力(<1GPa)就发生了由立方到四方的转变,同时发现在大约26GPa时一些衍射峰出现了异常行为,表明在更高压力发生了新的的相交。同时利用活塞圆筒大体积压机对TiH2进行了一系列高压原位电阻测试。发现在大约8Kbar时电阻值出现了一个很大的下降,此时的电阻的突然下降来自于TiH2压力下立方到四方相的转变。电阻随压力的变化趋势在8Kbar前后的有着很大的不同。   同样利用金刚石压砧和同步辐射技术研究了过渡金属氮化物Cu3N压力下的结构和电学性质的变化。Cu3N常压下是具有反ReO3结构的半导体。Cu3N常压下的电阻随温度的变化关系并不能用任何的半导体和绝缘体的导电机制来拟合,这就说明Cu3N并不是典型的半导体。利用高压原位能散和角散X射线衍射实验发现,Cu3N在5GPa左右开始发生结构相变,并且相变过程可以明显的分为三个阶段。I:0~5GPa之间Cu3N保持稳定。II:5~12GPa Cu3N开始发生晶体结构相变,但是此时为高压相与常压相的混合相。III:12-39GPa之间Cu3N已经完全转变为了高压相。通过原位高压电学测试发现,在小于5GPa时Cu3N具有半导体的导电行为,而在大于5GPa的混相区已经具有了类金属的导电行为。通过对9GPa时的电阻与温度的关系的拟合发现此时的电阻与温度成线性关系,满足电声作用机制。
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