基于AM2X2结构新型量子功能材料探索与研究

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1、囵博士学位论文基于AM2Xz结构新型量子功能材料探索与研究作者姓名：嫠但指导教师：堑堂壹班宜虽虫国型堂暄物堡班塞逝学位类别：堡堂墁±学科专业：竖鏊盔物理堂研究所：主垦整堂睦堑堡班塞压2013年5月SearchandstudiesofnewtypeofquantumfounctionalmaterialsbasedA1t'XstructurematerialsaseonAM2structure旅ByKanZhaoADissertation／ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfill

2、mentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceInstituteofPhysics，ChineseAcademyofSciencesMay,2013摘要本文系统探索研究了两类基于AM2X2结构新型量子功能材料，包括“122”型铁基超导体(Ca，Na)Fe2As2中疋大于33K的超导电性和基本物理性质以及II．112．V2族稀磁半导体(Ba，K)(Zn，Mn)2As2和(Ca，Na)(Zn，Mn)2As2的发现和基本物理性质研究。主要内容包括：一、通过提高Na的掺杂含量，在(Cao．34Nao．66)Fe2As2中发现了瓦大于33

3、K的超导电性，为该体系已知最高超导转变温度，通过对单晶沿ab面和C轴加磁场对超导转变的抑制作用，得到其沿两个方向的上临界磁场，进一步得出各向异性因子约为2。探索T(Cal．xNax)Fe2As2体系中掺杂浓度与有序温度的对应关系，当0

4、，在2GPa以上超导电性逐渐消失，且伴随有正常态费米液体输运行为的出现。原位高压同步辐射X．ray衍射实验表明材料在2．3GPa到3．1GPa之间晶体结构由四方相转变为塌缩四方相。单晶比热测量表明，电子比热系数丫在低温时与磁场有HU2的依赖关系，超导转变时的比热跳变AC／T。约为105±5mJ／molK2，AC／T。VST。符合铁基超导体的一般规律。二、发现了基于II．112．V2族元素的新型稀磁半导体(Ba，K)(Zn，Mn)2As2。经典的稀磁半导体(Ga，Mn)As，Mn离子同时引入了载流子和局域磁矩，这种捆绑效应不利于对磁性机制的研究，且材料多为二维薄膜样品，限制了表征手

5、段。在基于I．II．V族元素的稀磁半导体Li(Zn，Mn)As研究的基础上，合成了新型稀磁半导体(Ba，K)(Zn，Mn)2As2，具有和“122”铁基超导体一样的四方ThCr2Si2结构，通过在Ba位替代K控制载流子，Zn位掺杂Mn引入自旋，实现载流子和白旋的分别注入和调控。(Ba，K)(Zn，Mn)2As2在30％K&10％Mn掺杂量时每个Mn离子具有接近1．3个Bohr磁子的饱和磁矩，铁磁居里温度(Tc)可达180K，在铁磁居里温度以下具有反常霍尔效应。usR实验结果表明，体系在低温下进入了完全磁有序，T基于4％砭结构新型量子功能材料探索与研究铁磁性是体系的本征属性。提高体

6、系中载流子的浓度，(Ba，K)(Zn，Mn)2As2的铁磁温度可以进一步提高到220K。三、发现了基于II—112．V2族元素的另一种自旋和电荷注入机制相分离的新型稀磁半导体(Ca,Na)(Zn，Mn)2As2。该新型稀磁半导体具有六方CaAl2Si2结构，最高铁磁转变温度％约为32K。用Arrottplot确定了样品的铁磁相变为二级相变，矫顽力小于4000e，属于软磁材料。最大饱和磁矩为2ua／Mn，最大有效磁矩为5I．ta／Mn，符合巡游铁磁体的特征。电输运测量表明，所有10％Na掺杂样品均为空穴型载流子，浓度约为1020cm一，居里温度以下具有反常霍尔效应。随着Mn含量的增

7、加，局域自旋与传导电子间相互作用增强，导致低温端电阻极小值的出现，并最终导致传导电子局域化，使体系发生类似金属．绝缘体(半导体)相变。现在这个体系提供了一个研究局域自旋和传导电子相互作用衍化的平台。关键词：AM9r2结构，量子功能材料，铁基超导体，稀磁半导体IIAbstractSearchandstudiesofnewtypeofquantumfounctionalmaterialsbasedonAMⅨ2structureZhaoKan(CondensedMatterPhysic