新型层状电磁功能材料的设计、制备及性能

Many of the layered compounds containing transition metals are novel functional crystals with excellent electronic or magnetic properties, such as cuprates, Fe-based superconductors, GMR materials and magnetic frustrated materials, which has attracted intensive interests. These materials are usually composed of space layers and functional layers, with electronic and magnetic properties tuned by modulation of carrier. This key project, based on the former research results, aims at exploring new electronic and magnetic functional materials with 3d, 4d or 5d transition metals in the layered structure (V, Cr, Mn, Fe, Co, Nb, Rh, Ir, Pt). The issues on the synthesis, thermodynamics, the phase-forming behaviors, the interplay between the functional units in the structures and relationships between the crystal structures and physical properties of these novel layered compounds will be systematically investigated. We will focus on the design of space layers and functional layers, investigating their interactions with the space layers and exploration of new parent compounds with novel magnetic orders closely correlated with superconductivity. Moreover, we will develop new routes in exploring 3d, 4d and 5d transitional metal layered compounds. New electromagnetic materials of significance either in basic research or in applications are expected to be discovered through carrying out this key project, which will also pave the way for rational structure designing of those compounds.

过渡族元素层状化合物蕴涵着众多具有优异性能的电磁功能材料，例如Cu基和Fe基高温超导体、巨磁阻材料及磁受挫材料等，一直是新功能材料探索的热点。在结构上，该类材料可认为由载流子库层及物性决定层构成，通过载流子调控可以有效的调控这类材料的电磁性能。本项目基于前期研究工作，拟系统开展含3d，4d和5d过渡族元素（V，Cr，Mn，Fe，Co，Nb，Rh，Ir，Pt）层状化合物的合成、热力学、成相规律、结构分析和结构与电磁性能间关联的研究，重点是新型物性决定层和载流子库层的结构设计、载流子库层与物性决定层的作用规律和具有新磁结构的超导前驱体的探索。深入认识载流子在库层和物性层之间的传输和调控特点及其对结构和物性的影响规律；发展新的合成方法，争取获得一批含3d，4d和5d过渡族元素的新型层状结构化合物，并发现几个具有重大研究价值或具有潜在实用价值的新材料，为这类化合物的结构设计奠定基础。

过渡族元素层状化合物蕴涵着众多具有优异性能的电磁功能材料，例如Cu基和Fe基高温超导体、巨磁阻材料及磁受挫材料等，一直是新功能材料探索的热点。在结构上，该类材料可认为由载流子库层及物性决定层构成，通过载流子调控可以有效的调控这类材料的电磁性能。在本项目的资助下，项目团队系统开展了含3d，4d和5d过渡族元素（Fe，Co，Cr，Mn，V，Nb，Rh，Ir，Pt）层状化合物的合成、热力学、成相规律、结构分析和结构与电磁性能间关联的研究，重点研究了新型物性决定层和载流子库层的结构设计、载流子库层与物性决定层的作用规律和具有新磁结构的超导前驱体的探索。取得主要代表性成果包括：.1.成功的在LixFe7Se8单晶中观察到了电子的Anderson局域化现象，这是首次在大块单晶中实现电子体系Anderson局域化的报道，对该体系的研究将加深人们对无序材料中电子行为的认识。.2. 成功地将三维无序的立方AuTe2相转化为二维层状结构，并证明了其中的超导是二维态且存在着BKT拓扑相变。该成果对今后探索新型二维层状超导材料和研究物性对维度依赖具有重要意义。.3. 成功将阴离子插入FeSe单晶中，制备出了首例空穴掺杂的FeSe基超导体单晶。该成果对今后空穴型铁硒基超导体的机理研究，以及在更广泛的层状材料体系实现阴离子插层具有重要意义。.4. 在含有As、P元素的三元体系中发现了分子式为Mn+1AnX（n=2）的MAX系列新相，其独特的晶体结构以及优良的力学性能值得继续深入探究，并为人们探索新MAX相提供了新的思路。.5. 改变O2-二聚体的排布，预测出了具有铁磁性的三元半金属(half-metal)化合物α-BaNaO4，这些结果加深了对O2分子诱导铁磁性机理的认识，为设计p电子诱导的磁性材料提供了新的思路。.综上所述，在项目资助下，团队成员深入认识了载流子在库层和物性层之间的传输和调控特点及其对结构和物性的影响规律；发展新的合成方法，发现一批具有重大研究价值或具有潜在实用价值的新材料，促进了新型电磁功能材料学科的发展。