高挥发性多元稀土过渡金属硅化物与锗化物单晶生长与物理性能

含Eu和Yb的多元高熔点稀土过渡族金属间化合物因其特别高的挥发性，采用常规方法很难获得高质量大体积单晶，其结构与物理性能特别是基于单晶的内禀性质的研究很少。本项目以R2TX3、RT2X2 (R = Eu、Yb;T=Pd、Cu; X=Si、Ge)等高挥发性稀土过渡金属硅化物与锗化物为对象，在探明相平衡特点、晶体生长机制和揭示生长参数对材料相形成、微观结构、成分分布、缺陷等影响规律的基础上，采用高压浮区法制备高质量大体积单晶体。利用X射线衍射、SEM、TEM、XPS谱、穆斯堡尔谱、超导量子磁强计、物理性能综合测试系统及中子衍射等手段，针对高质量大体积单晶体，研究其晶体结构、磁结构、稀土元素离子价态、磁有序转变、磁晶各向异性、比热、电阻、磁电阻等物理性能，揭示不同金属间化合物的离子价态、晶体结构、成分等影响磁结构、磁性与输运性质的物理本质，为新型多元稀土化合物功能材料的制备提供实验与理论基础。

过渡族元素与稀土元素形成多元化合物时往往表现出新的物理现象和独特的物理性能，成为国际凝聚态物理领域研究的前沿和新型功能材料开发的基础，而单晶样品的缺乏已成为制约凝聚态物理学科发展和新材料特别是功能材料研究的瓶颈。 .本项目主要研究了三元化合物Eu2PdSi3、Lu2PdSi3、ErPd2Si2、Tb2NiSi3、Tb2NiGe3以及Cr掺杂YMnO3等化合物的晶体生长、晶体结构与磁导率、比热、电阻等物理性能。在探明晶体生长模式和优化晶体生长参数的基础上，采用独特的高压浮区法制备获得了Eu2PdSi3、Lu2PdSi3、ErPd2Si2和Cr掺杂YMnO3单晶体。发现Lu2PdSi3电阻具有很强的晶体学各向异性，在c [001]轴方向其电阻温度关系符合Bloch–Grüneisen定律，而在[100]晶向偏离于Bloch–Grüneisen定律。相对较低的德拜温度则与由比热得到的数据相一致。作为R2PdSi3家族中不具有磁性的化合物成员，Lu2PdSi3可以作为一个没有磁性的参考体系，用于解释其他具有相同结构的R2PdSi3化合物不同磁有序现象对输运性质的影响。测得ErPd2Si2单晶的比热在TN = 3.4 K发生反铁磁有序转变，在15-20温度范围内磁性对比热具有异常的贡献，可能是由于双级肖特基行为引起的。发现YMnO3多铁材料当引入Cr3+时，在低温下陶瓷的介电常数及介电损耗出现弛豫现象，并且符合Arrhenius 规律。随着Cr掺杂量的增大，低温下磁化率显著增大，并且出现自旋玻璃态，说明Cr掺杂使得体系的铁磁性增大，并且出现铁磁和反铁磁之间的相互竞争。.本项目为挥发性过渡金属稀土化合物的单晶生长和物理性能研究提供了重要的实验和理论基础，为更深入的物理性能、晶体结构和磁结构研究奠定了材料基础，具有重要的物理意义。