Bi基钙钛矿锰氧化物轨道/电荷有序研究及实空间表征

过渡金属氧化物的电荷有序相、轨道有序相、自旋有序相的形成机制、相变、相互作用及其与晶格运动的耦合是当前凝聚态物理学中最富挑战性的研究内容之一。对这些有序相的正确表征是该领域研究取得突破性进展的前提。本项目以Bi基钙钛矿锰氧化物(Bi1-xAx)MnO3 (A=Sr,Ca,Sr/Ca)为主要研究对象, 利用x射线粉末衍射和最大熵方法构筑电子密度分布，探讨获得的最大熵电子密度分布的可靠性及影响因素，优化衍射数据采集条件及最大熵算法，发展和完善Rietveld/MEM轨道有序实空间表征技术。结合中子衍射、电子衍射、高分辨电镜及物理性能测试，测定化合物的晶体结构和磁结构、电荷有序和轨道有序，研究化合物的物理性能与各种有序结构、结构相变、有序-无序转变之间的关系。在电子密度分布的层次，深入研究(Bi1-xAx)MnO3体系电荷有序/轨道有序现象， 揭示Bi3+的6s2孤对电子对量子有序相的作用机制。

过渡金属氧化物的电荷有序相、轨道有序相、自旋有序相的形成机制、相变、相互作用及其与晶格运动的耦合是当前凝聚态物理学中最富挑战性的研究内容之一。对这些有序相的正确表征是该领域研究取得突破性进展的前提。在制备高质量多晶试样的基础上，我们收集了不同温度下典型轨道有序化合物LaMnO3的高分辨中子衍射和X射线衍射数据，利用Rietveld/MEM构筑了化合物的电子密度分布，考察了衍射数据质量、数据收集条件、数据处理方法等对所构筑化合物电子密度分布的影响，探讨了电子密度分布与报道的轨道有序模型的关系。通过细致的中子衍射及X射线衍射研究，结合高分辨电镜、热分析及电学、磁学性质测量，研究了Bi基钙钛矿锰氧化物(Bi1-xAx)MnO3 (A=Sr,Ca,Sr/Ca)的电荷有序行为，发现在报道的化合物电荷有序温度TCO，物理性质均出现异常变化，但同时出现明显的相分离行为。对Bi0.5(Sr,Ca)0.5MnO3化合物的详细研究表明，Bi3+的孤对电子对电荷有序相及CE反铁磁结构并没有稳定作用。我们的研究结果质疑了Bi基钙钛矿锰氧化物在异常高的温度存在电荷有序转变的报道，认为所报道的电荷有序温度其实为相分离温度，物理性质的异常也是由于相分离引起的，与电荷有序转变无关，强调细致的微结构分析对确定化合物的量子有序态是至关重要的。本项目的研究工作已发表SCI学术论文6篇。