3d金屬三元氮化物ANM3(M=Cr,Co)的制備與物性研究.pdf

1、3d過渡金屬三元氮化物ANM3(A=Cu，Ag，Ga，Sn,Al，Zn，Ge，In等;M=Ni,Mn,Fe，V，Cr，Co等)由于其豐富的物理性質和潛在的應用功能屬性逐漸成為近年來新材料領域研究的熱點。本論文選取Cr基和Co基氮化物ANM3(M=Cr，Co)為研究對象，詳細研究了其母體化合物的制備方法、晶體結構、磁性、電輸運以及熱輸運性質，在此基礎上系統(tǒng)研究了化學摻雜對其物性的影響，總結演變規(guī)律，尋找優(yōu)化相關功能屬性的方法，為該體系的材

2、料設計提供參考依據。本論文主要研究內容如下:
　　1.Cr基氮化物ANCr3通常采用A元素與前驅物NCr的固相反應法制得。我們成功利用共沉淀法和固-氣反應法獲得了不同晶粒尺寸的純相NCr，并詳細給出上述兩種方法制備NCr的實驗條件和過程。
　　2.詳細研究了Cr基氮化物PNCr3的制備方法、晶體結構、電輸運、熱輸運性質。實驗結果表明，PNCr3的晶體結構為層狀反后鈣鈦礦結構，其電輸運測試呈現出金屬行為，在低溫表現出費米液體行

3、為。低溫比熱和低溫電阻率測量結果分析表明PNCr3體系中存在相當強的電子關聯，這可能與PNCr3在低溫至2K都未出現超導有著一定聯系。PNCr3的熱導率主要來自晶格熱導κL和電子熱導κe的共同作用，兩種不同熱導率對體系總的熱導率貢獻相當。
　　3.系統(tǒng)研究了Cr基氮化物GeNCr3的制備及基本物性，同時研究了化學摻雜對該體系物性的影響。GeNCr3為四方-反鈣鈦礦結構，在420K附近同時存在一個一級反鐵磁-順磁相變與結構相變，且結

4、構相變的發(fā)生引發(fā)了磁相變。另外，電阻率、比熱曲線都在磁相變溫度處有明顯異常，表明該體系中電子、聲子、自旋之間存在強關聯性。我們在GeNCr3體系中的不同位置進行了系統(tǒng)的化學摻雜，結果發(fā)現Cr位Mn、Fe元素的摻雜使得該體系的磁/結構相變溫度隨摻雜量的增加向低溫移動，這主要歸因于Mn或Fe元素的摻雜導致該體系中NCr6八面體發(fā)生畸變，從而引發(fā)結構相變溫度逐漸降低。相反，Ge位Si元素的摻雜實驗結果表明樣品依然發(fā)生了磁/結構相變，但是磁/結

5、構相變溫度不隨摻雜量的增加而繼續(xù)降低，這主要是因為在四方體的頂角位置摻雜對NCr6八面體產生的影響較少。
　　4.通過固-氣反應法成功制備出了純相的Co基氮化物GeNCo3，并詳細研究了其晶體結構及磁、電、熱等物性。磁性測量表明GeNCo3中存在自旋玻璃行為，并得到自旋玻璃態(tài)的特征參數如下:凍結溫度T0=79.43K，特征參數zv=6.156，以及弛豫時間τ0=5.0×10-12s。通過研究證實GeNCo3中自旋玻璃行為起源于Ge