AB2型过渡金属单晶的非磁性高磁电阻效应和自旋轨道耦合研究

The project aims at studying AB2-type transition metal single crystal. Because of the spin-orbit coupling and low-dimentional effect, the AB2-type transition metal single crystal with the layer structure may possess high magnetoresistance. The project aims at sdutying d electrons, crystal structures, pressure and carrier injections, and their effect on the electric properties. Furthermore, the coupling effect in and between different layers is one of the studying targets. We are going to study the physical propeties at high pressure, such as superconducting behavior, metallic - insulating transition and magnetoresistance. Our purpose is to understand the physics behind the huge nonsaturated magnetoresistance, and to understand its relationship with some other important phenomena. The single crystal will be grown with the self-flux and optical floating zone methods. The crystal structure will be determined with the x-ray diffraction and neutron diffraction method, and refined with the Rietveld. The electrical and magnetoresistant properties will be measured on the physical property measuring system (PPMS). We will systematiacally analyze the preparing conditions of the AB2-type transition metal single crystal, the structure and the electrical properties. We intend to understand and unveil the physics behind the magnetoresistance and the electrical properties.

本课题拟研究AB2型过渡金属化合物单晶。由于自旋轨道耦合和低维数效应等，很多一维或二维层状结构的AB2型过渡金属化合物单晶，具有高磁场下没有饱和的大磁电阻特性和量子霍尔效应等。研究d电子的巡游特性、晶体结构、压力、载流子注入等对导电特性、层内及层间耦合等的影响，特别是研究部分AB2型过渡金属化合物单晶的特殊导电特性，包括压力下超导特性、金属绝缘体转变以及磁电阻特性等，阐明非磁性化合物的大磁电阻现象的物理本质，探索和其它重要物理现象的关联。通过助熔剂方法和光学浮区法制备单晶样品，利用X射线衍射和中子衍射技术测定其晶体结构，用Rietveld方法分析晶体结构，利用物理性能测量系统(PPMS)及其附件，测量导电性能和磁电阻特性。系统分析AB2型过渡金属化合物单晶的制备条件、结构特征、导电性能等。深入理解和揭示重元素过渡金属化合物单晶的导电特性、磁电阻特性的物理根源及影响因素。

在过渡金属化合物，特别是第五、第六周期的过渡金属化合物中，由于电荷、自旋、轨道以及晶格等自由度之间存在复杂的相互作用，在这类化合物中发现了包括拓扑绝缘体、超导、巨磁电阻、多铁特性以及金属－绝缘体转变等物理性能。AB2型重金属过渡金属化合物，特别是其单晶化合物，是研究自旋轨道耦合效应和磁电阻特性的有利工具。重元素的过渡金属化合物，由于自旋轨道耦合作用，会出现很多不同的特殊性质，是研究新物理现象、寻找新超导体、研究超大磁电阻的有力工具。基于AB2型重金属过渡金属化合物出现了大磁电阻现象，本研究进一步探讨其物理根源，研究其内在物理机制，为进一步探索新前沿物理性质，例如拓扑特性等，提供重要依据。同时，非磁性高磁电阻材料，有应用在自旋电子学上的可能，值得进一步深入研究。.研究了Mn 掺杂对Ru1-xMnxSb2+单晶的电学、磁学和热性能进行。单晶是抗磁性的半导体，Mn微量取代Ru之后，导致出现了铁磁性，并且对于Mn的含量在0.04和0.08的样品，它们的居里温度分别在536K和540K。相应的，微量掺杂也导致电阻剧烈下降，并且表现出金属特性，这是由于电子含量增加。同时，我们观察到，在导热特性没有明显变化的情况下，由于微量Mn的存在，热电效应增加到-250mV/K。这表明，微量Mn引起了化合物的电子结构的变化，导致热电效应增强。同时，微量Mn的替代不仅仅增加了载流子导致电阻降低，同时也起到了促进铁磁长程有序的作用。.抗磁性RuSb2半导体单晶，在ab平面上2 K时观察到高的正磁阻（MR）为78％。 在ac平面上，在2 K时MR为44％，在300 K时大约为7％。不同温度的MR都不遵循科勒定律。 这表明多频带效应在载流子传输中起到一定作用。 RuSb2是一种同时具有正负载流子的半导体。 弱定位校正的量子干涉效应是低温下高的正MR的原因。 从紫外可见光谱判断，它的直接带隙为1.29 eV。价带比费米能级低0.39 eV。根据实验结果做出了能带结构示意图。.这些工作为基于AB2型重金属过渡金属化合物的特异物理特性研究提供了一定的参考。