(Y_(2-x)Pb_(x))Ru_(2)O_(7)中金属-绝缘体转变调控研究

烧绿石结构的Y 2 Ru_(2)O_(7)表现为反铁磁Mott绝缘体基态,而具有相同结构的Pb_(2)Ru_(2)O_(6.5)则呈现顺磁金属基态。为深入理解此差异,本研究采用固相反应法合成(Y_(2-x)Pb_(x))Ru_(2)O_(7)系列多晶材料,并系统研究了Pb^(2+)掺杂浓度x对其晶体结构和电阻率、磁化率等物理性质的影响。结果表明,(Y_(2-x)Pb_(x))Ru_(2)O_(7)(0≤x≤2.0)材料在x=0.5时经历了金属-绝缘体转变。通过与类似结构的烧绿石氧化物对比后发现,Pb^(2+)替代Y^(3+)不仅引入了额外的载流子,其6s^(2)存在的孤对电子还可能增强费米面附近的态密度,这两个因素的综合作用可能是其出现金属-绝缘体转变的原因。该类4d/5d烧绿石氧化物为研究受到强烈几何挫折的关联电子奇异物性提供了关键的材料平台。

第一性原理计算绝缘体-金属转变临界掺杂浓度:Co重掺杂Si体系

基于密度泛函理论的第一性原理方法,本文旨在探索确定绝缘体-金属转变临界浓度的理论计算方法.以Co重掺杂Si为研究对象,构建并计算了10个Co不同掺杂浓度模型的晶体结构、杂质形成能及其电子性质.发现在Co掺杂Si体系的带隙中形成了杂质能级,杂质能级的位置和宽度随着Co浓度的增加呈线性变化.当Co掺杂浓度较高时杂质形成能逐渐稳定,且杂质能级穿过费米能级使体系表现出金属性.综合杂质形成能的变化趋势,以及杂质能级极小值与费米能级间的距离条件,可预测出发生绝缘体-金属转变的Co掺杂浓度为2.601Wingdings 2MC@10^(20) cm^(-3),与实验结果相一致.上述两条依据应用于S重掺杂Si体系和Se重掺杂Si体系同样成立.

电触发二氧化钒纳米线发生金属-绝缘体转变的机理

二氧化钒(VO_2)是一种强关联相变材料,在341 K下发生金属-绝缘体转变.尽管对于VO_2相变的物理机理进行了大量研究,但科学家仍未形成统一认识.与热致VO_2相变相比,电触发VO_2相变应用前景更为广阔,但其机理也更为复杂.本文利用原位通电杆和超快相机技术,在透射电镜下原位观察了单晶VO_2纳米线通电时的相转变过程,记录了相变过程中对应的电压-电流值,并在毫秒尺度下捕捉到了VO_2的过渡相态.发现VO_2电致相变并非由焦耳热引起,推断其机理是载流子注入.同时观察到电子结构相变和晶体结构相变存在解耦现象,进一步支持了上述推断.将VO_2纳米线两端施加非接触式电场,观察到VO_2纳米线在电场中的极化偏移,而未观察到相变发生,该现象同样支持相变的载流子注入机理.研究表明VO_2的金属-绝缘体转变遵循电子-电子关联机理,即根据电子关联的Mott转变进行.

复杂氧化物中的金属-绝缘体转变

理解金属-绝缘体转变机制有助于进一步了解复杂氧化物中的微观物理行为.基于复杂氧化物材料,首先介绍金属-绝缘体的转变机制:Wilson转变、Mott转变、Anderson转变和Peierls转变.除上述四种机制外,以锰氧化物材料为例,阐述双交换机制和Jahn-Taller畸变的作用对铁磁自旋有序的影响,以及s-d杂化、掺杂和电子-声子散射所引起的铁磁金属到顺磁绝缘态的转变.同时介绍含有磁性粒子的非磁材料中的近藤效应,进而分析外界磁场作用对锰氧化物材料输运性质的影响.

间隔层调控SrVO_(3)/SrTiO_(3)超晶格铁磁半金属-铁磁绝缘体转变

本文利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算研究了SrVO_(3)/SrTiO_(3)(111)超晶格的电子结构、电学和磁学性质.研究结果表明,SrVO_(3)/SrTiO_(3)(111)超晶格可通过调节间隔层SrTiO_(3)的厚度实现铁磁半金属-铁磁绝缘体的转变.SrVO_(3)亚层之间可以通过厚度为2个原子层的SrTiO_(3)间隔层发生层间耦合,超晶格呈现铁磁半金属态;当间隔层SrTiO_(3)的厚度等于3个原子层时,超晶格出现小的带隙(约0.28 eV);当间隔层SrTiO_(3)的厚度大于3个原子层时,超晶格出现较大带隙,呈现铁磁绝缘态.进一步对SrVO_(3)/SrTiO_(3)界面附近由于Ti-V混合导致的缺陷界面进行研究发现,界面附近的Ti-V混合对金属-绝缘体转变具有重要的影响:与理想界面相比,Ti-V混合的缺陷界面更能抑制层间耦合,诱导超晶格实现铁磁半金属-铁磁绝缘体的转变.本研究结果为SrVO_(3)/SrTiO_(3)(111)超晶格通过调控间隔层SrTiO_(3)层数实现铁磁半金属-铁磁绝缘体的转变提供了理论依据.

(SrVO_(3))_(5)/(SrTiO_(3))_(1)(111)异质结金属-绝缘体转变和磁性调控的第一性原理研究

(111)取向的钙钛矿异质结具有独特的六角蜂窝状双层结构,展现出丰富独特的物理现象,因而近年来得到越来越多的关注.本文利用第一性原理计算研究了(111)取向的(SrVO_(3))_(5)/(SrTiO_(3))_(1)异质结,计算结果表明该体系为半金属铁磁体.进一步的研究表明该体系的电、磁性质可以通过施加面内应变和界面元素掺杂进行调控:在4%的面内压缩应变到2%的面内拉伸应变范围内,该体系保持铁磁半金属性质,V 3d电子是体系半金属性的主要来源;当面内压缩应变增加到8%或面内拉伸应变增加到4%时,该体系的基态变为反铁磁绝缘体;通过异质结界面处Ti-V阳离子的混合掺杂,该体系可以实现从铁磁半金属向铁磁绝缘体的转变.本文的研究结果表明,该体系在自旋电子学领域具有很高的应用潜力,本文研究为利用(SrVO_(3))_(5)/(SrTiO_(3))_(1)(111)异质结探索量子相变提供了理论参考.

掺杂维度和浓度调控的δ掺杂的La:SrTiO_(3)超晶格结构金属-绝缘体转变

利用密度泛函理论计算,本文系统研究了δ掺杂的La:SrTiO_(3)超晶格结构的电子性质随掺杂维度和掺杂浓度改变而变化的规律性.该结构通过在SrTiO_(3)等间距的单元层中掺入一定浓度的La来实现.在25%La掺杂浓度下,随着相邻掺杂层间距从1个单层增加到δ个单层,掺杂维度从三维过渡到二维,超晶格从金属性变到绝缘体性,并在带隙中产生局域态,且该局域态呈现出电荷序、自旋序和轨道序.这种金属-绝缘体转变是由于二维电子体系呈现出更强的关联性造成的.而随着二维掺杂浓度提高到50%,关联性降低,体系变成金属性.

混合型断口金属材料韧脆转变温度评价的仪器化冲击试验

利用典型断口材料34CrNiMo6合金钢进行仪器化冲击试验,总结出断口金属材料韧脆转变温度评价的仪器化冲击试验方法,所得结果与通过温度-能量、温度-侧膨胀值评价方式得到的韧脆转变温度基本保持一致。结果表明:仪器化冲击试验方法更稳定可靠,且仪器化冲击试验方法可以用于无法直接目视观察评价的混合型断口材料的韧脆转变温度评价中。

2维双交换模型的金属-绝缘体转变

认真研究了 2维双交换模型的局域化性质 ,利用有限尺寸标度方法和转移矩阵技术计算了系统的局域化长度和电导。发现 ,在标度变换下 ,E <Ec 的区域内存在一组连续的不动点 ,并且在该区域电导不依赖于系统的宽度 ,表明系统发生了Kosterlitz

Cu掺杂诱导SrRuO3由铁磁金属向反铁磁绝缘体转变的第一性原理研究

Cu掺杂诱导SrRu1-xCuxO3由铁磁金属向反铁磁绝缘体转变.文中采用第一性原理的广义梯度近似加U的方法(GGA+U)研究了SrRu1-xCuxO3(x=0,0.125,0.25,0.5)的结构和电磁相转变.结果表明:SrRu1-xCuxO3在x=0和0.125拥有正交结构,但在x=0.25和0.5时却稳定在四方结构.SrRu1-xCuxO3在x≤0.125时为铁磁金属,但在0.125<x≤0.5时为反铁磁绝缘体;Cu掺杂诱导SrRu1-xCuxO3在x=0.25时产生正交-四方结构相变、铁磁-反铁磁转变和金属-绝缘体转变,这意味着SrRu1-xCuxO3在磁存储器等磁电子器件上可能有重要应用.计算结果和实验一致,并非常好地解释了前人的实验.

Ce诱导SrTiO_(3)由非磁绝缘体向铁磁半金属转变的第一性原理研究

通过第一性原理计算采用GGA+U方法,研究了Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)(x=0,0.125,0.25)的晶体结构和电磁性质.计算结果表明:Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)稳定在立方钙钛矿结构,Ce掺杂导致Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)的晶格参数、晶胞体积、Ti-O键长都增大,但Ti-O-Ti键角减小;Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)在x=0时为非磁绝缘体,在0.125≤x≤0.25时为铁磁半金属.Ce掺杂导致Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)在x=0.125产生非磁绝缘体向铁磁半金属的转变;随着Ce掺杂量增加,Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)的金属性和铁磁性加强,很好解释了Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)在固体氧化物燃料电池上的应用.这些结果也意味着Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)在磁存储器件上具有潜在的应用前景.

磁性金属-绝缘体颗粒薄膜

介绍了磁性金属 绝缘体颗粒薄膜的结构特征与电阻率的关系 ,评述了作为磁传感器件、高密度记录介质和读出磁头潜在应用相关的磁阻效应、巨霍尔效应、高矫顽力特性 .

高电阻温度系数的La_(0.67)(Ca_(0.33-x)Sr_x)MnO_3多晶陶瓷制备与电学性能研究

采用溶-凝胶法在1450℃烧结12 h的条件下,制备了x组分为0、0.01、0.03、0.05、0.06、0.07的La0.67(Ca0.33-xSrx)MnO3(LCSMO)多晶陶瓷,通过R-T、XRD和SEM测试分析,结果表明,溶胶-凝胶方法制备的LCSMO多晶陶瓷其物相较纯,阻温特性良好,晶粒尺寸大,致密度高。在未掺Sr时,该体系电阻温度系数(TCR)达到最高值42.5%。随着Sr掺杂比增加,金属-绝缘体转变温度TP升高,TCR降低,而在TP达到室温时,LCSMO多晶陶瓷具有较大的TCR(9%以上)。在LCSMO多晶体系中如此大的TCR较为罕见,使其具有重要的潜在应用价值。

钨掺杂对VO_2(M)纳米杆相转变温度的影响

本文采用水热反应法,制备了高质量的单斜二氧化钒(VO2(M))和钨(W)掺杂的V1-xWxO2纳米杆样品.合成的纳米样品的结构、形貌及相转变分别用X-射线衍射,扫描电子显微镜(SEM)及差分扫描量热(DSC)来表征.DSC测量指出W掺杂为1.5%at.的WxV1-xO2样品的金属-绝缘体转变温度(MIT)为42℃,明显低于未掺杂的VO2(M)纳米杆转变温度(67℃).这个结果可解释为W离子掺杂使得VO2(M)晶格发生膨胀,同时W+6替代V+4使得局域电子态密度增加,从而降低了VO2(M)相的转变温度.

钙钛矿型稀土锰氧化物La_(0.7)Sr_(0.3)Fe_xMn_(1-x)O_3的磁性和巨磁电阻效应

采用溶胶 凝胶工艺制备了La0 .7Sr0 .3FexMn1 -xO3化合物 ,研究Fe掺杂对材料的导电性能、磁性能、磁电阻性能的影响。发现随Fe含量的增加 ,材料的电阻率提高 ,铁磁居里温度 (TC)下降 ,巨磁电阻效应增强。观察到x =0 0 5和x =0 0 8的样品的电阻率随温度变化曲线出现双峰。对于x =0 0 8的样品 ,在室温附近磁电阻达到 18% (8× 10 5 A·m- 1 外场 )。对于x >0 0 8的样品 ,金属 绝缘体转变温度均比相应的铁磁 顺磁转变温度低 5 0～

强关联电子相变氧化物材料及多场调控

外场激励通过调控强关联氧化物中自由度间的关联耦合作用,触发其发生多重莫特电子相变和轨道重构,在强关联电子相变氧化物体系中发现了丰富的新奇物性和量子转变,为构筑新型类脑神经元逻辑器件、磁电耦合器件及能量转换器件奠定基础,引起了凝聚态物理领域的广泛关注.本工作系统地回顾了国内外科研团队在强关联氧化物电子相变特性多场调控领域的研究进展,旨在凸显离子、应力场和栅极电场等新型功能调控自由度在强关联氧化物电子相变特性调控和新型功能特性设计中的关键作用,阐明强关联氧化物中微观自由度的关联耦合作用对其宏观关联电子相变特性的基础调控规律,为实现强关联氧化物电子相变特性的可控设计与精准调控提供理论依据,期望利用多物理场的调控作用在强关联电子相变氧化物材料体系中发现更多的新物理、新物性、新器件和新应用.

氧气氛后退火对La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3-Ag薄膜性能的影响

用脉冲激光溅射 (PLD)法在LaAlO3( 1 0 0 )单晶衬底上制备了掺 4 0wt%Ag的超巨磁电阻材料La0 67Ca0 33MnO3薄膜。在氧气氛中经高温处理后薄膜显示了近室温的金属 -绝缘体相变点 (TMI≈ 30 0K) ,与通常提高TMI的结果相比较 ,此工艺较好地保持了材料相变点区间的陡度 ,且电阻温度系数 (TCR)在此区内仍达到 8%。这为制造近室温磁敏感元件、自旋电子学器件、辐射热探测器等提供了重要材料。

浅论低温对金属材料性能的影响

介绍了金属材料低温下的力学性能变化和韧—脆转化温度的测定方法,对影响金属的韧—脆性转变的内外部影响因素进行了重点介绍,指出了低温材料的基本性能要求与应用领域。

亚稳相钙钛矿稀土镍酸盐薄膜材料的可控生长与电子相变性质

稀土镍酸盐(ReNiO_(3),Re为镧系稀土元素)由特征温度场、氢化、临界电场及应力场等多物理参量引发的多重电子相变及物性突变引起了凝聚态物理和材料科学领域的广泛关注,在突变式敏感电阻元器件、人工智能、能量转换及弱电场传感等领域展现出可观的应用前景.然而,ReNiO_(3)材料本征的热力学亚稳性仍制约其在关联电子器件中的实际应用.本文利用激光分子束外延法制备出原子级平整的亚稳态ReNiO_(3)(Re=Nd,Sm及Nd_(1-x)Sm_(x))薄膜材料,阐明高氧压原位退火在稳定其Ni^(3+)扭曲钙钛矿结构中的关键作用,结合同步辐射和X射线光电子能谱等先进表征手段厘清ReNiO_(3)薄膜材料的化学环境及电子结构,并揭示出其各向异性的电子相变功能特性.本文为制备原子级平整的亚稳态钙钛矿稀土镍酸盐薄膜材料提供了方向,并引入全新的功能调控自由度——晶体学各向异性,为进一步探索稀土镍酸盐材料体系中的新型电子相和功能特性奠定基础.

溶胶-凝胶法制备La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_3:Ag_x多晶材料及其性能

采用溶胶-凝胶法制备La0.67Sr0.33Mn O3∶Agx(LSMO∶Agx,x为摩尔百分比,x=0,0.04,0.08,0.10,0.20)多晶材料。通过XRD和R-T对LSMO∶Agx多晶材料的结构和性能进行分析。结果表明:在950、1050℃烧结的样品具有良好的单相结构。1050℃烧结时,Ag进入晶格替换A位La3+或Sr2+,使晶胞发生畸变、晶胞体积增大。Ag掺杂明显降低了样品电阻率,950℃烧结的Ag掺杂样品的电阻率降低了近两个数量级。提高烧结温度有助于改善LSMO材料的Tp和TCR。烧结温度由950℃变化到1050℃时,x=0样品的Tp增加了将近10 K,x=0.04样品的TCR从0.09%K-1上升到0.50%K-1。Ag掺杂能有效改善LSMO材料的电学性能。