混合尖晶石Zn0.2Mg0.8Fe2O4和Co0.5Mg0.5Cr2O4的压致结构相变和电子结构变化研究

摘要

具有未满d轨道的Cr-基和Fe-基尖晶石应用广泛，因此引起了人们浓厚的研究兴趣。尖晶石材料广泛分布于地球内部，研究在高压极端条件下该类材料的晶体结构相变和电子结构相变对于材料科学，物理学，地学和晶体学就具有极其重要的意义。本论文主要研究高压下的Zn0.2Mg0.8Fe2O4和Co0.5Mg0.5Cr2O4混合尖晶石的结构相变和电子结构相变特征。主要研究结果如下:
　　第一部分，采用X射线衍射、拉曼光谱和电输运方法首次研究了在室温条件下高压对混合尖晶石材料Zn0.2Mg0.8Fe2O4的电学性质和晶体结构的影响。实验结果表明常压下样品具有立方相(尖晶石型Fd(3)m)，当压力为20GPa左右首先发生绝缘体-金属相变(IMT)，这个主要是因为自旋反转导致Fe3+磁矩崩塌。拉曼振动模式消失直接证明了IMT相变的发生。继续增加压力到21GPa时，晶体结构发生相变，变成斜方相（钛酸钙型Bbmm）。该相变是一级相变，伴随有7.5％的摩尔体积减少。对晶体结构和电输运测量结果的分析表明体积塌缩和绝缘体-金属相变同时发生在很窄的压力范围。
　　第二部分，采用X射线衍射、拉曼光谱、电输运方法和第一性原来计算方法研究了在室温条件下高压对Mg掺杂的Cr-基尖晶石材料Co0.5Mg05Cr2O4的振动、转动和电学性质的影响。常压下是立方结构（尖晶石型Fd(3)m），在28GPa时发生压致结构相变（四角相I(4)m2），对应一级结构相变。讨论了结构相变导致的电学和振动性质变化和每一相的振动及电输运性质的压力依赖性。通过与其它尖晶石材料对比，我们发现Co0.5Mg0.5Cr2O4低压相和高压相都是宽带隙半导体，压力抑制了四角型高压相的电输运行为而有利于立方相的电输运行为。本工作发现在研究的压力范围内Co0.5Mg0.5Cr2O4没有发生分解和半导体-金属结构相变。

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摘要

Abstract

CONTENTS

General Introduetion

1．1 The Spinel Structure

1．1．1 Tetrahedral Sites

1．1．2 Octahedral Sites

1．2 Spinel Ferrites

1．2．1 Types of Ferrites

1．3 Chromites spinel

1．4 Thesis Out lines

References

Chapter-2 High pressure and Experimental techniques

2．1 High pressure

2．2 The Diamond Anvil Cell

2．3 Synchrotron X-ray Radiation

2．3．1 Synchrotron X-ray diffraction

2．4 Raman Spectroscopy

2．5 Electrical resistivity

2．6 Pressure calibration

References

Chapter 3：Pressure-induced Structural Evaluation and Insulator-Metal Transition in Mixed Spinel Ferrite Zn0.2Mg0.8Fe2O4

3．1 Introduction

3．2 Experimental detail

3．2．2 Experimental Techniques

3．3 Results

3．3．1 Pressure-induced structural changes from X-ray diffraction

3．3．2 Pressure-dependent Raman spectroscopy

3．3．3 Pressure-dependent electrical resistivity

3．4 Discussion

3．5 Conclusion

References

Chapter 4：Pressure-induced Structural and Semiconductor-semiconductor transitions in Mg Doped CoCr2O4

4．1 Introduction

4．2 Experimental and calculation details

4．2．3 First-principles calcutations

4．3 RESULTS

4．3．1 Pressure-induced structural transformation

4．3．2 The theoretical calculation on Co0.5Mg0.5Cr2O4 under pressure

4．3．3 Pressure-dependent Raman spectroscopy

4．3．4 Pressure-dependent electrical resistivity

4．4 Discussion

4．5 Conclusion

Referenees

Chapter 5：General Conclusions and Future Perspectives

References

Publications

Acknowledgements