自旋轨道耦合莫特绝缘体Sr2-xIrO4的晶体结构表征和物理特性研究

摘要

5d过渡金属氧化物由于其退局域化和较小的库仑排斥势通常被认为是弱关联宽带体系。但由于存在强自旋轨道耦合作用，以及其与库仑作用力等的相互竞争可能导致奇异的物理性质。典型的现象就是铱氧化物中自旋轨道耦合诱导的Mott绝缘性。214相的AIrO(A=Sr,Ba)化合物和214相的铜氧化物LaCuO化合物有很多相似之处，理论预言对该体系通过空穴掺杂可能实现非常规超导电性。因此，在强自旋轨道耦合材料中探索超导电性具有非常重要的意义。
　　本论文采用传统固相反应法制备了Sr2-xIrO4（x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,0.30）系列多晶样品，并采用X射线衍射（XRD）、X射线能谱分析（EDS）、Rietveld结构精修及拉曼光谱等常见的材料表征方法对制得样品进行表征分析，研究发现随着空穴掺杂浓度增加，相关结构参数发生变化，并且IrO6八面体畸变程度减弱。此外，实验中对Sr1.7IrO4样品做了变温拉曼表征，分析晶体结构变化对温度的依赖性。
　　通过四电极法研究了Sr2-xIrO4（x=0.05,0.10,0.20,0.25,0.30）系列样品的电输运性质随空穴掺杂浓度的演变。研究发现，所有样品均未出现金属到绝缘转变，其低温(T≤120K)下的导电行为表现为三维变程跳跃；中间温度区域（140K≤T≤200K）下的导电行为符合定程跳跃模型；高温（220K≤T≤300K）下的导电行为具有二维弱定域化特征。本论文还研究了Sr2-xIrO4（x=0.10,0.20,0.30）系列样品的零场冷却（ZFC）和有场冷却（FC）下的磁学性质随空穴掺杂浓度的演变，并结合变温拉曼光谱和电学性质分析其物理性质与结构变化之间存在的关联。Sr2-xIrO4化合物的弱铁磁性随掺杂量增加而减弱，在180K附近，ZFC和FC两种条件下测得的磁化曲线出现分叉，这可能是由于体系中反铁磁耦合的存在。此外，ZFC和FC曲线在低温下均出现了尖峰，这是体系中反铁磁和铁磁性相互竞争的结果。变温拉曼光谱在B1g(327波数附近)和A1g(560波数附近)振动模式下的120K和240K附近出现明显跳变，表明Sr2-xIrO4体系中结构发生变化，且120K附近的跳变与电磁性转变密切相关。

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第一章 绪论

1.1自旋轨道耦合化合物概述

1.2 Sr2IrO4概述

1.3本论文的研究内容

第二章 Sr2-xIrO4样品的制备与表征

2.1 Sr2-xIrO4样品的制备

2.2 样品表征方法介绍

2.3本章小结

第三章 Sr2-xIrO4样品的晶体结构表征

3.1 XRD表征分析

3.2 EDS能谱分析

3.3 Rietveld精修

3.4拉曼光谱分析

3.5本章小结

第四章 Sr2-xIrO4样品的物理特性研究

4.1 Sr2-xIrO4样品的电输运性质研究

4.2 Sr2-xIrO4样品的磁学性质研究

4.3变温拉曼光谱与电磁学性质的关联

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文总结

5.2未来展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢