铁磁性双钙钛矿和三钙钛矿氧化物的微结构设计和性质研究

具有钙钛矿结构的过渡金属氧化物强关联电子体系具有丰富的物理内容和巨大的应用前景。本项目拟采用气氛烧结法、脉冲激光沉积法、激光分子束外延法，制备以Sr2CrWO6和Sr3CrRuWO9等为代表的多种双钙钛矿和三钙钛矿氧化物陶瓷、薄膜和超晶格。通过微结构设计如控制离子类型、晶界结构、薄膜取向、薄膜厚度、超晶格周期长度和周期数等参数，来优化材料的宏观性质，并开展基于这类材料的自旋电子器件如磁隧道结的初步研究工作。通过把实验结果与基于第一性原理计算等方法的理论计算相结合，分析上述微观结构对宏观性质的影响规律及其物理机制，探索宏观性质的调控方法，在实验上获得具有优异的宏观电、磁、输运等性质的新材料。本项目不仅有助于发展新型钙钛矿类功能材料及其性能调控方法和相关原型器件，还可加深理解强关联电子体系中自旋、轨道、电荷和晶格等各自由度之间复杂的共存和竞争关系。

本项目发表SCI论文20篇、申请中国发明专利2项、获得授权中国发明专利2项；毕业博士生2人、硕士生3人；在学术会议上做报告3人次。.具体研究内容包括：采用气氛烧结法、脉冲激光沉积法等，以双钙钛矿和三钙钛矿磁性氧化物为研究对象，考虑微结构设计，开展了如下工作：（1）Sr2FeMoO6的传统制备方法是在还原性的H2气氛下烧结，然而具有较大的危险性。本项目通过微调Fe/Mo比例，成功实现了在N2气氛下获得具有室温铁磁性的Sr2FeMoO6样品，从而避免了危险性、降低了制备成本；系统研究了在N2气氛下制备的薄膜的厚度、N2气压等参数对Sr2FeMoO6薄膜性质的影响。（2）具体研究了Sr2FeMoO6的Fe/Mo反位缺陷的定量调控方法；反位缺陷和晶粒效应对磁性和输运性质的竞争、共存关系；5d元素在B位取代对其性质的影响等。（3）传统的提高Sr2FeMoO6陶瓷磁阻的方法是在晶界处引入第二相无机氧化物材料，然而，这种方法的代价是严重降低陶瓷的磁性性质。本项目创新性地在晶界处引入有机甘油小分子材料，不仅实现了磁阻的增强，而且磁性性质没有减弱。（4）设计和制备了Sr3MFeMoO9（M=Cr,Ni,Mn,Co）的三钙钛矿氧化物陶瓷、薄膜。发现只有在M=Cr的情况下，才存在室温铁磁性。通过分析相应的电子构型和磁性作用，对结果进行了解释。（5）制备了（001）和（111）取向的Sr2CrWO6外延薄膜，获得了磁阻达200%的正磁电阻。进一步通过构建超晶格，其正磁阻可实现正负可调。总体上，本项目在实验上获得具有优异的宏观电、磁、输运等性质的新材料，分析了微观结构对宏观性质的影响规律及其物理机制，并且探索了宏观性质的调控方法，有助于加深理解双钙钛矿氧化物磁性和输运性质的物理机制。