氧化物热电材料的低温热电输运性质

在国际上受到广泛关注的热电材料的研究中，氧化物尤其是钴基氧化物逐渐成为近来的热点。热电材料的研究常关注其在工作温度的高温区物理性质，而本项目拟着重关注研究对向的低温方面的输运性质。研究对象为氧化物热电材料，尤其是Na-Co-O、Ca-Co-O和Bi-Sr-Co-O等钴氧化物体系，通过对其低温、磁场下电阻率、Hall系数、热导率、热电势等物理量的测量，研究强电子关联和自旋熵对热电性质的影响，为高转化效率热电材料的基础和应用研究提供参考。

在热电材料的研究中，过渡金属氧化物由于其无毒、热稳定、抗氧化等优势而成为近来的热点。NaCoO系材料中大热电势和低电阻率的发现使钴基氧化物热电材料受到日益关注，其中自旋熵被认为发挥了重要的影响，与钴离子的自旋简并度以及Co4+离子的浓度有关。利用过渡金属元素的掺杂调节Co4+的浓度，并在低温、磁场环境下考察自旋熵对热电势的影响，是有效的研究途径。在NaCoO系统中，我们的结果表明磁场下的热电势随着Ni掺杂量增加而增加,而随着Fe的掺杂而抑制，说明Ni和Fe掺杂对材料的自旋熵分别起到促进和抑制作用，由于Co基氧化物中的自旋熵受Co4+浓度和其自旋简并度影响，Co4+离子浓度的减少和增加分别导致了自旋熵的增加和减少。同时体系中熵的来源不仅由自旋与磁场决定，从比热和热电势的测量可知电荷熵的贡献是不可忽略的。至于目前我们对于CaCoO和BiSrCoO体系中的Co掺杂后的低温热电输运结果，尚未排除电荷熵在其中的贡献。我们还对于温度低于1K的NaCoO和CaCoO体系的热电势进行了测量，直至0.3K附近，结果表明在更低的温度下，体系的热电势随温度的行为与费米液体结果较为接近。