尖晶石结构V基氧化物的制备及其量子序调控研究

过渡族金属氧化物(Transitional Metal Oxides, TMO)中窄的3d电子能带由于其库仑相互作用势能通常比带宽大得多，属典型的电子强关联体系，TMO中的电荷、自旋、轨道和晶格等自由度的相互竞争和合作，导致电荷序、自旋序和轨道序等量子有序现象的出现，这些能量上比较接近的不同量子序之间的相互竞争使得TMO在宏观上表现出极其丰富的物理性质。目前对于TMO中量子序的研究主要集中在eg电子体系的锰基氧化物和t2g电子体系的钙钛矿钒基氧化物中，而且对量子序变化的物理机制还不是十分清楚。本项目拟开展具有t2g电子特征的尖晶石结构钒基氧化物中具有量子序新型材料的制备和及其量子序的组分调控研究，探究其中量子序的起源，为可能的应用研究积累数据。

尖晶石结构V氧化物，其分子式可表示为AV2O4，可以分为两类，即A位为磁性粒子 (Mn) 和非磁性粒子(Mg，Zn和Cd)。这些材料中电荷、自旋、轨道和晶格等多自由度的存在和关联不仅极大地丰富了体系的物理内涵，带来了广阔的应该前景，同时因为尖晶石结构钒氧化物涉及到多体物理和强相互作用，这给体系物理本质的认识也增加了难度。本项目系统深入地研究尖晶石结构V基氧化物中量子有序新型材料的制备和组分调控研究，探索和研究了尖晶石结构V基氧化物中与量子有序有关的物理问题，探究该体系中量子有序现象的一般规律和可能的应用。比如我们仔细地研究Al掺杂MnV2O4体系的磁相图，以及Al掺杂对体系磁热性质以及临界行为的影响。我们还研究了Fe掺杂体系的磁相图及磁热效应等以及CdV2O4中的磁电耦合效应等。为相关宏观量子效应的未来应用提供实验和材料基础，比如低温的磁制冷领域。同时通过实验研究对该体系有一个全面的认识。