新型稀土镓基和锗基磁性合金化合物的结构和磁输运性质

本项目将系统研究新型稀土镓基和锗基磁性合金化合物系列：R(T,M) 1：3，1：4及1：12型(R：稀土；T：磁性金属；M：半金属)的制备、结构和磁输运性能。揭示这些合金化合物的形成规律。发现合成这些化合物及其稳定性的最佳的技术和技术。确定这些新相的晶体结构和原子占位。研究化合物中稀土和磁性元素共同调控下的电子输运性质，同时从微观和介观角度进行深层次的机理性问题（结构-磁-电关联性）的研究，为探索新型磁电子材料提供依据。

本项目将系统研究和探索了新型稀土R(T,M) 1：3和1：4(R：稀土；T：磁性金属；M：Ga,Ge)的成相、相稳定性以及结构表征。研究表明：磁性元素的掺杂不利于R(T,M) 1：3的相稳定性。对于镓基合金而言，1:3单相仅仅存在于个别重稀土元素与镓的二元合金如：ErGa3, TmGa3, LuGa3。其他磁性元素掺杂的稀土-镓合金中多形成稀土-镓1:2型相。其本质原因在稀土与镓的半径比越小越有利于1:3型结构的稳定性。轻稀土元素（La，Ce, Pr, Nd, Sm, Eu）由于半径较大，不利于1:3相得形成。重稀土元素Gd与Ga形成有别于其他1:2型合金化合物的扩展的富Ga的1:2:x型结构。锗基体系成相复杂。相结构包括：RGe2相、Ge单质和未知新相构成（已确定为正交结构）。但是，R(T,Ge) 1：4 型化合物均可以成相。呈四方ThCr2Si2型结构，空间群为I4/mmm。稀土元素（Nd或La）占据2a(0,0,0)晶位，磁性元素金属（Ni或Co）占据4d（0,1/2,1/4）晶位，Ge占据4e(0,0,z)晶位。磁测量结果显示NdNi2Ge2呈顺磁性，NdCo2Ge2呈反铁磁性，且在磁晶各向异性招致的室温磁转变。LaNi2Ge2和LaCo2Ge2均呈铁磁性且居里温度高于室温。电测量结果显示所有样品均属半金属性。.机理性研究表明：稀土元素的价电子结构与其性能密切关系。共价电子数和晶格电子数的明显变化导致熔点和结合能的变化；稀土合金化合物的磁性与稀土的磁矩相关。弱磁性源于其内部存在的不同Fe子晶格之间形成的Fe-Fe电子自旋反平行排列电子对以及稀土与Fe子晶格之间的4f-3d电子自旋反平行排列电子对，明显地削弱了合金化合物的磁矩。渗碳或吸氮处理，导致合金内部Fe子晶格的电子自旋的反转成平行排列，导致亚铁磁性电子对的破对和消失。引发合金磁性由亚铁磁性向铁磁性转变。另外，尝试进行新型稀土镓基半导体材料的制备和结构表征研究工作，获得光学禁带宽度1.3eV的光吸收频段。有发展成为太阳能吸收层材料。同时，也进行了相关的机理性工作。