大温区内恒电阻率单一固体探索

基于前期研究中在Cu3NPd0.238 体系发现超过200K的大温区内恒电阻率的事实，拟在MNxDy型金属氮化物(MNx 为金属氮化物母相，M＝Ta, Nb，Ti, W, Mo等，D为掺杂金属元素，D＝Zn，Pd, Ti，In等 )中寻找新的能在大温区内表现出恒电阻率的新材料。拟采用反应磁控溅射法和脉冲电子束烧蚀法合成不同结构、组分的该类型材料的结晶薄膜，测量材料的电阻率、载流子浓度和迁移率随温度的变化，参照对应样品的电子能带结构随材料结构和掺杂浓度的演化，确立大温区（>100K）恒电阻率材料出现的一般性条件，并获得可实用的大温区内电阻率恒定的单一固体材料。

2006年申请人在Cu3NPd0.238 体系中发现了在超过200K 的大温区内恒电阻率单一固体，这启发我们可以通过对一类开放结构进行特殊方式的掺杂，即掺杂原子占据母体结构以外的格点，实现对材料能隙的大范围调制，从而获得各种具有特殊电阻率温度特性的新材料。本项目的主要内容为在MNxDy 型金属氮化物(MNx 为金属氮化物母相，M＝Cu, Mn, Mo 等，D 为掺杂金属元素，D＝Ag, Zn，Pd, Ti，In 等 )中寻找新的能在大温区内表现出恒电阻率的新材料。.在本项目研究过程中，我们利用反应磁控溅射法和脉冲电子束烧蚀法合成了Cu3N-基Cu, Ag, Au, Ta, Mg,Pd掺杂，Mn3N-基Ag, Pd掺杂的不同结构、组分的结晶薄膜，测量了材料的电阻率、载流子浓度和迁移率随温度的变化，在Cu3N-基 Cu,Ag,Au掺杂和Mn3N-基Ag掺杂的体系中都获得了大温区内（>150 K）恒电阻率材料，在后者中还测量到了自旋玻璃行为。在Cu3N基Mg和Ta 掺杂的薄膜中，在掺杂浓度高到薄膜结晶质量很糟以至很难获得晶态薄膜之前，薄膜的电导率随温度变化都明显是半导体性质的，但未见到期待的掺杂引起的半导体-金属相变。尽管如此，薄膜的光学带隙还是减小到0.07eV的水平。在Pd 掺杂Mn3N的结构中，也观察到了随掺杂浓度增加出现的金属-半导体相变，未能获得大温区内的恒电阻率，在相变附近得到了钟形的电阻率随温度变化曲线。此外，我们还系统地研究了此类薄膜的热稳定性、磁性、在分解温度以下电阻率随温度的变化等等性质，为未来此类薄膜材料的应用奠定了基础。.受本项目资助，申请人发表研究论文19篇，专著2部，获得专利授权1项