反钙钛矿结构Mn3XN晶格收缩及相关联的磁、电输运性质研究

admin

题目：


雅宝题库答案：

****此区域为收费内容****    需支付 1 知识币后可查看，1币=0.01元查看答案

雅宝题库解析：
具有“反钙钛矿” 结构的Mn3XN(C) 系列化合物具有丰富的物理性质以及重要的应用价值，例如超导、巨磁阻、压磁、磁热、负膨胀等等。然而，研究缺乏深入与系统化。本论文旨在通过系统研究Mn3XN晶格、磁、电输运性质的反常变化，揭示产生晶格收缩现象的物理本质，探索该类材料新的物理特性，掌握调控相关物性的方法与途径，以期为新功能材料设计提供新的思路。本论文依据X位置价电子数的不同，选取Mn3GaN、Mn3ZnN、Mn3SnN和Mn3NiN四种化合物作为母体。通过在母体化合物中进行不同元素以及含量逐渐变化的系列掺杂，对此类材料的热膨胀及磁、电输运性质进行了研究。主要研究工作包括以下几个方面：在Mn3XN系列材料中，通过元素的掺杂与替代成功合成了多个负热膨胀材料。应用变温x射线衍射技术对其晶格常数随温度的变化进行了测量，进而获得了不同温区的热膨胀系数。在这类特殊材料中共发现17种负热膨胀材料，并可通过掺杂和替代调控其热膨胀系数和温度范围；负热膨胀温区ΔT最高可达148K，并且在室温附近；对产生负热膨胀现象的原因与机理有了深入认识；磁相变只是产生负热膨胀效应的必要条件，而不是充分条件，只有当费米面的位置在某一范围时才会产生负热膨胀现象，可通过调控晶胞常数或X位置价电子数来改变费米面位置，实现负热膨胀。研究了Mn3XN化合物中晶格、磁、电及热输运性质之间的关联关系。结果表明磁相变总是发生，电阻突变和晶格收缩均与磁相变相关，但二者是互相独立的。DSC曲线上若探测到吸热峰，则一定有电阻突变，但不一定有晶格的突变。而若有晶格收缩性质发生，则一定能探测到吸热峰。随X位置价电子增多和晶胞常数的增大，磁相变类型由反铁磁-顺磁逐渐向铁磁-顺磁转变过渡。对磁相变温度的影响因素进行了探讨。通过不同原子替代，调节晶胞常数或X位置价电子数的多少，实现了磁相变温度的可控性。磁相变温度随晶胞常数的增大和X位置价电子数的增多而升高。磁相变温度可在134K-495K温区内调控，调控范围ΔT达360K。发现了一些具有实际应用价值的特殊物性，并对其产生机理进行了分析。该类材料在磁相变温度以下具有较低的热膨胀系数，有些化合物甚至达到近零膨胀，如Mn3GaN，Mn3Ga0.75Si0.25N，Mn3Zn0.7Sn0.3N，Mn3Ni0.5Zn0.5N和Mn3Zn0.5Ag0.5N，最低热膨胀系数可达10-8量级。而在磁相变温度以上，该类材料通常具有较低电阻温度系数，其中Mn3NiN，Mn3Zn0.5Ag0.5N和Mn3Sn0.2Ag0.8N化合物的电阻温度系数甚至达到近零。另外，该类材料在磁相变附近发生大的负热膨胀效应时，通常伴随着大的熵变，如Mn3NiN, Mn3Zn0.6In0.4N和Mn3GaN化合物的总熵变ΔS分别达到41 J/kg•K, 35 J/kg•K和21.9 J/kg•K，有可能产生具有应用价值的磁卡效应。利用直流磁控溅射技术首次合成了反钙钛矿结构的三元Mn3CuNx 薄膜。该薄膜在(200)晶体学方向上择优生长。与粉体相比，反铁磁-顺磁转变峰宽化。其电阻率在整个测量温区内呈半导体型导电行为，晶格变化显示正常的热膨胀效应。