4d、5d关联金属氧化物制备与多重量子序研究

4d、5d过渡金属氧化物体系具有拓展的电子轨道、不太强的关联作用、窄的电子带宽、自旋－轨道耦合不能忽略等特点，体系位于Mott-Hubbard极限，即W～U，从而导致体系基态的不稳定性，对外部小的扰动，如掺杂、压力、磁场变化，会显著改变基态性质，物理性质表现出奇异的演变。本项目通过对层状Ruddlesden-Popper(RP)系列An+1BnO3n+1（n=1,2,3,∞,A=碱土金属，B=4d过渡金属Ru,Rh和5d 过渡金属Ir），进行元素周期表中相邻4d、5d过渡元素替代(掺杂)，精细调控结构从而显著改变多重有序行为及其竞争，利用温度、磁场、压力等实验手段，研究替代（掺杂）导致的电子结构和自旋结构的演变，以及多体量子效应随掺杂的演变规律，阐明晶格、电荷、自旋和轨道多自由度相互竞争和合作引起的有序相及其量子相变行为与物理机制。

（1）Sr2IrO4是自旋-轨道驱动的磁性绝缘体，而具有相同电子态与结构的Sr2RhO4是顺磁金属，结构、电磁输运性质研究表明Sr2IrO4体系中4dRh4+(4d5) 离子代替5dIr4+(5d5)导致自旋-轨道耦合削弱，Rh浅掺杂就可以使得电阻急剧降低，磁有序温度从x=0时的248K压低到0K。.（2）Sr3Ir2O7是自旋-轨道驱动的弱磁绝缘体,基态对外部微扰如压力、磁场敏感。研究了Sr3Ir2O7的电磁输运和拉曼性质，高压实验未实现从绝缘态转变成金属态。.（3）Ca3Co4O9、Bi2Sr2Co2O9层状钴氧化物由CoO6八面体共享边形成CoO2三角格子二维拓展结构，表现出丰富物理性质。3dCo元素被轨道拓展的4dRh4+、5dIr4+替代有利于提高热电性质。.对4d、5d过渡金属氧化物自旋-轨道相关物理现象的研究，有助于理解多自由度合作与竞争引起的量子序相及其量子相变行为。