(Fe, Mn)As基材料的巡游和局域反铁磁性的非弹性光散射研究

巡游体系磁性和局域磁性是目前FeAs基材料机理研究的关键问题之一，也是凝聚态磁学的基本问题。本项目提出了针对该问题理想的模型体系Ba(Fe1-xMnx)2As2 (x=0-1),拟采用低温强磁场拉曼散射手段，配合电阻、磁化率、比热等输运和磁性测量，对该体系进行系统的实验研究。首先系统地制备出该体系的不同掺杂浓度高质量样品，获得其从巡游到局域的磁性过渡和演化相图，然后用拉曼散射双磁子过程测定局域反铁磁的超交换能，及其随掺杂浓度的演化规律，通过观测在外磁场下从局域到巡游磁性的临界过渡区的非弹性光散射的行为，研究体系的巡游与局域磁性的内在关联机制。本研究预期将为FeAs基材料的磁性和超导机制的理解提供重要依据，并为新型超导材料和磁性材料的探索以及凝聚态磁学基础研究提供重要参考。

目前FeAs基材料机理研究的关键问题之一是磁性的随温度和掺杂的演化行为。本项目针对该问题，提出以Ba(Fe1-xMnx)2As2 (x=0-1)作为模型体系，拟采用低温强磁场拉曼散射手段，配合电阻、磁化率、比热等输运和磁性测量等进行系统的实验研究。实验上在制备Mn含量从0到1的掺杂化合物中，发现Mn在BaFe2As2的体系中固溶度很小（<10%），在Mn大于10%的掺杂中出现明显的相分离行为，因此我们进一步以磁性结构相似的MnBi体系(BaMn2Bi2, SrMnBi2, CaMnBi2)和(La,Ce)Co2P2两个体系作为替代研究。取得以下研究结果：1、系统地探索制备了Mn掺杂的BaFe2As2体系，发现该系统的掺杂上限是10%左右；2、首次制备出系列La1-xCexCo2P2(x=0~1)单晶，对其磁性随掺杂和温度的演化进行了研究，得出该体系的磁相图；通过对材料进行的系统拉曼和其他测试手段结合研究，首次观察到该系列单晶在x~0.65掺杂时发生剧烈的塌缩相变，伴随着晶体的磁性的相变但晶体对称性没有变化，与CaFe2As2中发生的现象可比较，为铁基超导的机制研究提供重要实验线索；3、制备出磁性系统各异的MnBi系列单晶BaMn2Bi2、SrMnBi2和CaMnBi2，利用双磁子拉曼散射技术，对比考察了三个体系中巡游电子对增强层间自旋相互作用的影响；4、同时也研究了其他铁基超导相关系统的电子和结构性质，包括发现了Tc高达44K的新FeSe基超导体并确定了其结构。本研究探索了巡游电子与局域磁性的关联机制，预期为FeAs和FeSe基材料的磁性和超导机制的理解提供重要依据，并为新型超导材料和磁性材料的探索以及凝聚态磁学基础研究提供重要参考。