3d非铁过渡元素基ThCr2Si2结构功能晶体材料探索与物性研究

ThCr2Si2-type structure is simple but the physical properties of corresponding compounds are very rich. In these compounds, the layered feature makes it easier to tune the band structures and properties, inducing superconductivity or other novel properties by selecting T2X2 layer, doping or substituting. This project, aiming at finding new ThCr2Si2-type functional materials, is focused on studying the phase-forming behaviors, crystal structures, microstructures and electronic structures of ThCr2Si2-type compounds formed by non-ferrous 3d metal-metalloid layers and the intermediate metals. We will develop new routes to obtain the new materials as well by material design, and induce or strengthen the electrical or magnetic properties of interest such as superconductivity by the structural optimization, carrier injection and application of pressure. The research will deepen the understanding on the key issue of structure-property relationship, especially the charge transfer and balance mechanism and its influence on magnetism and superconductivity. New functional materials with significance either in basic research or in potential applications are expected to be discovered through carrying out this project.

ThCr2Si2结构层状化合物具有丰富的物理内涵，表现出奇特的物性。层状结构特点使其在能带和物性调控方面具有优势，通过筛选物性决定层（T2X2层）、掺杂或修饰有可能发现超导或其它新奇的物性。本项目以探索ThCr2Si2结构新功能晶体材料为目标，研究3d非铁过渡元素基ThCr2Si2结构化合物的成相规律、晶体结构、微结构与电子结构，发展新的制备方法，实现T2X2层和载流子库层的结构设计并通过结构优化、载流子注入和压力等途径诱导或强化材料的超导等电磁性能，深入认识3d过渡金属基ThCr2Si2结构化合物中结构-物性关系，特别是电荷转移和平衡机制及其对磁性和超导的诱导作用，探索出具有重要研究价值或潜在应用价值的新型电磁功能材料。

ThCr2Si2结构化合物具有丰富的种类，表现出奇特的物性，层状结构的特点使其在能带和物性调控上更具优势。本项目开展了KxFe2-ySe2能量和结构随K插入量的演化规律、Eu(Fe1-xCox)2As2 (0 ≤ x ≤ 0.24)相图、Sr(Fe1-xMnx)2As2相图、Ca1-xLixFe2As2单晶结构和物性及RbxNbSe2 (0 ≤ x ≤ 0.5)晶体结构、磁学和电学性质等研究，取得了一系列研究进展。.1) 揭示了金属插层铁硒化合物超导转变温度和晶体结构随碱金属量的变化规律，给出了K-Fe-Se体系的完整相图。.2) 建立了过渡金属砷化物助熔剂生长Eu(Fe1-xCox)2As2 (0 ≤ x ≤ 0.24)晶体的相图，在x = 0-0.24的整个成分范围内没有观察到任何超导的迹象，证明在该体系中不存在超导与磁性的共存。.3) 给出了具有不可混溶性及反铁磁格里菲斯相的Sr(Fe1-xMnx)2As2体系完整相图，证实了Mn掺杂引起的格里菲斯效应是该体系的本征特性。.4) 系统研究了RbxNbSe2 (0 ≤ x ≤ 0.5)的晶体结构、磁学和电学性质，发现随着Rb含量的增加，RbxNbSe2发生从 2H相，经过 6R相，最终变为 2H相的结构相变。在金属插层2H-NbSe2化合物中，第一次得到6R和6H相。.这些研究成果促进了对于3d非铁过渡元素基ThCr2Si2结构化合物的成相规律、晶体结构、电子结构和物性的认识，对于探索具有重要研究意义或潜在应用价值的新型电磁功能材料具有指导意义。