3d金属三元氮化物ANM3(M=Cr,Co)的制备与物性研究

摘要

3d过渡金属三元氮化物ANM3(A=Cu，Ag，Ga，Sn,Al，Zn，Ge，In等;M=Ni,Mn,Fe，V，Cr，Co等)由于其丰富的物理性质和潜在的应用功能属性逐渐成为近年来新材料领域研究的热点。本论文选取Cr基和Co基氮化物ANM3(M=Cr，Co)为研究对象，详细研究了其母体化合物的制备方法、晶体结构、磁性、电输运以及热输运性质，在此基础上系统研究了化学掺杂对其物性的影响，总结演变规律，寻找优化相关功能属性的方法，为该体系的材料设计提供参考依据。本论文主要研究内容如下:
　　1.Cr基氮化物ANCr3通常采用A元素与前驱物NCr的固相反应法制得。我们成功利用共沉淀法和固-气反应法获得了不同晶粒尺寸的纯相NCr，并详细给出上述两种方法制备NCr的实验条件和过程。
　　2.详细研究了Cr基氮化物PNCr3的制备方法、晶体结构、电输运、热输运性质。实验结果表明，PNCr3的晶体结构为层状反后钙钛矿结构，其电输运测试呈现出金属行为，在低温表现出费米液体行为。低温比热和低温电阻率测量结果分析表明PNCr3体系中存在相当强的电子关联，这可能与PNCr3在低温至2K都未出现超导有着一定联系。PNCr3的热导率主要来自晶格热导κL和电子热导κe的共同作用，两种不同热导率对体系总的热导率贡献相当。
　　3.系统研究了Cr基氮化物GeNCr3的制备及基本物性，同时研究了化学掺杂对该体系物性的影响。GeNCr3为四方-反钙钛矿结构，在420K附近同时存在一个一级反铁磁-顺磁相变与结构相变，且结构相变的发生引发了磁相变。另外，电阻率、比热曲线都在磁相变温度处有明显异常，表明该体系中电子、声子、自旋之间存在强关联性。我们在GeNCr3体系中的不同位置进行了系统的化学掺杂，结果发现Cr位Mn、Fe元素的掺杂使得该体系的磁/结构相变温度随掺杂量的增加向低温移动，这主要归因于Mn或Fe元素的掺杂导致该体系中NCr6八面体发生畸变，从而引发结构相变温度逐渐降低。相反，Ge位Si元素的掺杂实验结果表明样品依然发生了磁/结构相变，但是磁/结构相变温度不随掺杂量的增加而继续降低，这主要是因为在四方体的顶角位置掺杂对NCr6八面体产生的影响较少。
　　4.通过固-气反应法成功制备出了纯相的Co基氮化物GeNCo3，并详细研究了其晶体结构及磁、电、热等物性。磁性测量表明GeNCo3中存在自旋玻璃行为，并得到自旋玻璃态的特征参数如下:冻结温度T0=79.43K，特征参数zv=6.156，以及弛豫时间τ0=5.0×10-12s。通过研究证实GeNCo3中自旋玻璃行为起源于Ge缺位引入的原子无序。此外，我们对GeNCo3的电输运和热输运性质进行了详细的测试和分析。另外，我们还成功制备了其它Co基氮化物ANCo3(A=Zn，In,Cd，Sn)，并详细表征了其结构与物性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 3d金属三元氮化物的研究进展

1．2．1 晶体结构

1．2．2 镍基氮化物的研究进展

1．2．3 锰基氮化物的研究进展

1．2．4 铁基氮化物的研究进展

1．2．5 铬基氮化物的研究进展

1．2．6 Co基氮化物的研究进展

1．3 本论文的选题背景、研究思路及意义

参考文献

第二章 氮化物ANM3(M=Cr，Co)的制备方法研究

2．1 实验所需原料

2．2 前驱物NCr的制备方法研究

2．2．1 共沉淀法制备氮化铬

2．2．2．固-气反应法制备氮化铬

2．3 ANM3(M=Cr，Co)的制备方法

2．3．1 固相反应法制备Cr基氮化物

2．3．2 固-气反应法制备Co基氮化物

2．4 材料物理性质的表征方法

参考文献

第三章 铬基氮化物ANCr3(A=P，Ge，Sn，Ir，Rh)的制备和物性研究

3．1 铬基氮化物PNCr3的制备与物性研究

3．1．1 样品制备和测量手段

3．1．2 样品的结构分析

3．1．3 PNCr3的电输运性质

3．1．4 PNCr3的比热性质研究

3．1．5 PNCr3的热输运性质研究

3．2 铬基氮化物GeNCr3制备与物性研究

3．2．1 样品制备和测量手段

3．2．2 GeNCr3样品的磁性质

3．2．3 样品的结构分析及电、热输运性质

3．3 化学元素掺杂对GeNCr3结构与物性的影响

3．3．1 Cr位Mn掺杂对GeNCr3物性的影响

3．3．2 Cr位Fe掺杂对GeNCr3物性的影响

3．3．3 Ge位Si掺杂对GeNCr3物性的影响

3．4 其它铬基氮化物ANCr3(A=Sn，Ir，Rh)的制备与物性研究

3．4．1 样品制备和测量手段

3．4．2 样品结构分析

3．4．3 ANCr3(A=Sn，Ir，Rh)的电输运性质

3．5 本章小结

参考文献

第四章 钴基氮化物ANCO3(A=Ge，Zn，Sn，etc．)的制备与物性研究

4．1．1 样品制备和测量手段

4．1．2 样品的结构分析

4．1．3 GeNCO3中的自旋玻璃态

4．1．4 GeNCO3中电输运性质

4．1．5 GeNCO3的低温比热研究

4．1．6 GeNCO3的热电势和热导率研究

4．2 其它钴基氮化物的制备和物性研究

4．2．1 样品制备和测量手段

4．2．2 样品的结构分析

4．2．3 ANCO3(A-=Zn，In，Cd，Sn)的磁性质研究

4．2．5 ANCO3(A=Zn，In，Cd，Sn)的低温比热研究

4．2．6 ANCO3(A=Zn，In，Cd，Sn)的热输运性质研究

4．3 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果