新型层状过渡金属铋化物的合成及其物性研究

Layered transition metal compounds exhibit many interesting phenomena such as high Tc superconductivity, colossal magnetoresistance, charge/spin density wave and many others, due to the competition and cooperation among different degrees of freedom of charge, spin, orbital and lattice. The synthesis and physical properties of new materials help us to study the intrinsic physics, which is an extensive research area in condensed matter physics. In this project, new layered transition metal bismuthides will be synthesized and studied. Based on the analysis of crystal structure and physical properties about related materials, we will use the principle about removal and assembly of functional groups to design new materials, and choose appropriate method to synthesis high quality poly- and single-crystalline samples. On this basis, we will study the crystal structure and physical properties included electrical conductivity, magnetic susceptibility, and heat capacity, and so on. The properties also will be modulated by the element doping and substituting method. Our objective is to obtain 2-3 new compounds, discover the peculiar properties and reveal the intrinsic physics in these materials.

由于电荷、自旋、轨道、晶格等多自由度之间的竞争和合作，层状过渡金属化合物表现出丰富的物理性质，如高温超导、庞磁电阻、电荷/自旋密度波等。新材料的探索及其物性研究有助于我们理解这些奇特物理性质的本质和内在机制，这是凝聚态物理的一个热点研究领域。本项目将对新型层状过渡金属铋化物进行探索和物性研究。在分析相关材料晶体结构和物理性质的基础上,我们将利用功能基团的拆卸和拼装原理设计新材料，选择合适的方法合成高质量的多晶及单晶样品。在获得高质量样品的基础上，对其晶体结构、电学、磁学和比热等进行系统的研究,并通过元素部分掺杂或者完全替代的方法对其物理性质进行调控。我们的目标是获得2-3种新型材料，在发现这些材料的奇特物理性质的同时揭示其形成机理。

层状过渡金属化合物具有许多有趣的物理性质和巨大的潜在应用价值，受到了极大关注，但是物理本质还没有被完全理解。新型层状过渡金属化合物的探索、单晶的制备以及其物理性质的研究能够拓展对这类材料的认识，有助于理解其中蕴含的物理本质。因此，本项目围绕新型层状过渡金属铋化物的设计、探索合成、单晶制备和物性研究等方面开展研究。目前取得如下进展：(1)利用Bi助溶剂方法制备出了高质量的AEMnBi2 和AEMn2Bi2系列单晶样品；(2)新型层状过渡金属铋化物BaAg2-δBi2具有AgBi4 和BiAg4 两种不同的四面体层，但是其表现出平庸的金属顺磁性；(3)层状过渡金属锑合物CaMnSb2的单晶输运性质暗示该材料中可能存在着几乎无质量的狄拉克费米子；(4)新型拓扑材料WC的单晶输运性质和角分辨光电子能谱研究表明WC的费米面附近存在着不同于传统费米子的三重简并费米子，并且表现出与狄拉克半金属和外尔半金属显著不同的方向依赖输运行为；(5)稀土碲化物插层研究发现Pd插层能够逐渐压制稀土碲化物RETen中的电荷密度波转变温度并产生超导电性，其超导与稀土粒子的磁性共存；(6) K0.8Fe2Se2掺杂研究发现Cu比其他过渡金属更易进入晶格，Fe/Cu的散射作用使K0.8Fe2-xCuxSe2表现出了半导体和自旋玻璃行为。这些结果拓展了对这类材料的认识，也为该领域的深入研究提供了实验基础。