反钙钛矿结构铬基化合物的物性研究与功能属性探索

反钙钛矿结构Cr基化合物AXCr3(A=Al、Ga、Sn、Zn、Rh等，X=C.N)具有简单的晶体结构,其能带结构类似于反钙钛矿结构Ni基和Mn基化合物,Cr基反钙钛矿结构化合物中有可能存在多种量子序的竞争与合作，出现一些有趣的物理现象如：超导电性、自旋密度波、自旋受挫行为等。此外，Cr基反钙钛矿结构化合物可看作空穴掺杂的锰基反钙钛矿结构化合物，由于费米面附近的电子态密度主要来自于3d电子的贡献，因此，Mn基反钙钛矿化合物的很多物理现象都有可能再现于Cr基反钙钛矿化合物中。本项目拟通过研究A/Cr位掺杂对AXCr3的晶体结构、以及磁性和电输运等物性的影响，寻找递变规律，建立掺杂的电子相图。同时开展第一性原理电子结构计算，研究多种物理量之间相互关联的物理机制并建立相应理论模型。希望通过实验、理论两方面结合对此类材料有一个较全面的认识，并探索出可能存在的应用功能属性。

自从2001年反钙钛矿化合物MgCNi3发现超导电性以来，过渡族反钙钛矿化合物以其丰富的物理内涵和潜在的应用价值获得了越来越广泛的关注。相对于锰基、铁基和镍基反钙钛矿化合物体系，铬基反钙钛矿化合物的报道主要集中在理论计算方面，材料合成和物性研究鲜有报道。在本项目执行过程中，我们解决了样品制备难题，成功制备了系列反钙钛矿结构铬基化合物母体（GaNCr3、SnNCr3、PdNCr3、RhNCr3、IrNCr3）和掺杂体系（GaNCr3-xMnx、GaNCr3-xFex、Ga1-xGexNCr3、Ga1-xSnxNCr3）以及多个类反钙钛矿铬基化合物（GeNCr3、 GeCCr3、PNCr3、PCCr3）；详细表征了这些样品的结构、磁性、电热输运等基本物性；揭示了其中的自旋玻璃、零场冷交换偏置、强电子/晶格/自旋耦合等效应，并结合理论计算建立了相应的唯像理论模型合理解释了相关实验现象。以上相关工作较好地完成了任务书中的研究内容，共计发表标注本基金号的SCI论文19篇，其中J. Mater. Chem. C（3篇）, Appl. Phys. Lett.（6篇）, Inorg. Chem.（1篇）, Sci. Rep.（1篇）, J. Appl. Phys.（3篇）。本项目取得的研究成果揭示了铬基反钙钛矿化合物材料的新颖物性，丰富了过渡族反钙钛矿结构材料体系，为反钙钛矿结构功能材料设计和剪裁提供了重要参考依据。