ZrCuSiAs型钴基化合物的磁性研究

ZrCuSiAs型过渡金属化合物的物性研究是目前凝聚态物理和材料领域的研究热点之一。本课题组前期已合成多种高品质的ZrCuSiAs型钴基化合物RECoPNO(RE为稀土元素，PN为P或As），而且观察到非常丰富的磁性质，包括巡游铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性及变磁性等。本项目将对这些钴基化合物进行全面的物性表征，结合模拟计算建立低温下的磁结构，来研究产生丰富磁性质的可能机理；通过研究高/低压技术合成的样品在低温下的晶体结构、高压对电磁性能的影响等，获得对钴基化合物的电磁特性更为深入的理解；研究不同过渡金属元素掺杂对电磁性质、晶体结构、磁结构、电子结构等的影响，以及掺杂所导致的变磁性量子临界行为，为揭示ZrCuSiAs型钴基化合物的磁性机理提供重要信息，并在此基础上，探索新型磁性或超导材料。

本项目主要通过多种制备方法来合成ZrCuSiAs 型钴基化合物RECoAsO（RE 为Sm、Gd或Ce），并进行多方面的表征，同时结合压力效应、掺杂效应等研究，来探究该体系产生丰富磁性质的可能机理，并在此基础上，探索新型磁性或超导材料。研究表明，单相性较好的RECoAsO多晶材料容易制得，但高质量的单晶材料难以合成；在低温下SmCoAsO不发生结构相变；高压使SmCoAsO的磁转变温度略有降低；Ni、Mn、Ir、Ca等金属掺杂对SmCoAsO晶体结构、电磁性质等产生不同程度的影响；SmCoAsO的磁性主要源自于Co离子或Co的子晶格间相互作用，同时Co与稀土元素间的相互作用对该体系的磁性具有重要贡献。在高温下，Co磁矩按铁磁排列，在低温下发生了再排列，其磁结构为倾斜结构。由于倾斜角度随温度发生变化，导致SmCoAsO多重磁转变的发生，而且两个子晶格间的反铁磁耦合较弱，在强磁场下造成了变磁性转变的发生。和铁基超导体相比，钴基体系RECoAsO中Co的磁矩呈铁磁排列可能不利于发生超导电性。另外，开展了几种新材料的单晶制备研究，探索出一种新的BiS基超导材料。