论文摘要
近年来,三元层状过渡金属氮或氧化合物因具有丰富的物理性质,如超导,自旋-派尔斯相变等得到了广泛的关注。其中,这类超导体展现了许多独特的超导电性,如费米能级较低的态密度,弱关联电子系统,准二维超导体,异常超导能隙等等。然而,大量实验结果表明这类超导体对空气比较敏感,严重限制了其研究进展。因此,我们选取ZrNBr单晶作为研究对象,通过电场调控物性的方法,得到了在空气中比较稳定的超导体,为探索单d电子体系的超导机理提供更好的平台。通过对层状Mott绝缘材料TiOCl进行载流子插层实验,详细研究了低温下自旋-派尔斯相变的演变。拓扑半金属材料因其特殊的能带结构具有丰富的输运性质,如超大磁电阻,手性反常导致的负纵向磁阻等,在磁存储,磁传感器,电子自旋器件等方面具有潜在的应用。因此,我们制备了简单元素体系镉（Cd）单晶,并对其输运性质进行详细的研究。本文主要分为以下六部分:第一章主要介绍了三元过渡金属氮化物超导体系的研究进展。首先介绍了母体化合物两种主要结晶类型（α相的FeOCl型和β相的SmSI型）,母体作为一种宽带隙非磁性的绝缘材料,通过注入电子型载流子的方法（包括掺杂、碱金属/碱土金属插层、电化学插层、卤素原子脱嵌、电场调控等）可以实现超导转变。然后介绍了β相和α相超导电性的研究进展。随后介绍了相似体系TiOCl中的自旋-派尔斯相变以及TiOCl目前的研究现状。最后介绍了拓扑半金属材料依据能带结构特征的三个主要分类（Dirac半金属,Weyl半金属,node-line半金属）以及Dirac半金属和非磁性Weyl半金属中的非常规磁电阻现象。第二章以层状绝缘材料ZrNBr单晶为研究对象,进行电场调控物性的详细研究。通过调节电压的大小和方向成功诱导出14 K和11 K的超导转变。这两个转变具有相似的电压和磁场依赖关系,表明两者具有相似的来源,且11 K对应的未知超导相不是一个随机的无序现象。通过升高施加电压时的温度（TG>235K）,电场在样品表面诱导形成Br空位,导致超导转变不随电压消失而消失且在空气中比较稳定。该不可逆超导的上临界磁场表现出明显的各向异性,具有类似二维超导体的特征。第三章首先介绍了TiOCl插层化合物的制备方法,随后详细研究了其电学性质和磁学性质（自旋-派尔斯相变）在碱土金属或稀土金属插层作用下的演变。对于插层得到的化合物,晶体结构发生了变化,从Pmmn晶系变为Immm晶系;电阻表现为近半导体行为,大大的改善了TiOCl的导电性;低温下65 K附近的自旋-派尔斯相变被压制。第四章我们选择简单元素体系镉（Cd）作为研究对象。理论预言在无自旋轨道耦合相互作用时,它是一个高对称线性半金属;在考虑自旋轨道耦合相互作用时,它是一个拓扑绝缘体。利用磁场手段详细研究了Cd单晶的磁输运各向异性。电流沿不同晶轴（I//a和I//c）方向时,在磁场作用下电阻率存在类似金属-绝缘体转变的行为,转变温度随磁场增加不断移向高温区。其等温磁电阻随磁场表现为近似抛物线行为,在低温9 T磁场下都表现出极大的横向磁电阻,最高分别为1,140,000%和350,000%。有意思的是负的纵向磁电阻强烈依赖晶轴的方向（仅出现在c轴方向）,且其强弱明显依赖于样品表面探测电极的位置。考虑到样品的层状结构,我们推测该负的纵向磁阻可能源于样品沿c轴方向自然生长过程中产生的位错,但目前也无法排除其是否源于手性反常效应。另外,在磁阻和霍尔电阻率上都观测到以磁场为周期振荡现象。随着温度的升高,振荡周期不变,振幅逐渐减小。第五章研究了NbSiAs单晶的电输运性质和磁性质。NbSiAs单晶属于PbFCl结晶类型,具有层状结构。其电阻率在2 K300 K温度区间内表现为金属行为,低温下没有观察到任何转变。其磁化率表现为反常抗磁行为,表明体系中电子的有效质量远远小于电子的质量（m*<<m）。实验结果表明NbSiAs是一种普通金属材料。第六章对本论文的研究内容简要的进行了总结,同时对这些材料未来进一步研究探索进行了展望。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 王欣敏
导师: 陈根富
关键词: 层状材料,超导,自旋派尔斯相变,磁性,输运性质
来源: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑
专业: 物理学,化学
单位: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
分类号: O511.3;O782
总页数: 109
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