基于反钙钛矿结构锰基氮化物的新型量子临界现象研究

反钙钛矿结构锰基氮化物ANMn3表现出负热膨胀、巨磁电阻、磁热、磁致伸缩等丰富物性，是一类具有潜在应用价值的新型功能材料。其电子能带结构介于普通金属和窄能带强关联体系之间，且Mn原子的几何排列形成独特的角共享八面体自旋阻挫体系，相应的物理内涵有待进一步发掘。现有研究集中于优化相关功能参数和提高可操作温度，对低温量子效应未予关注。我们拟制备高质量ANMn3单晶，通过测量其低温比热、磁化率、电阻率等物性来探索量子相变和量子临界效应；通过调控化学组分、引入外界扰动（如强磁场、高压）来研究相关量子相变的标度行为；揭示相应量子相变和量子临界效应的物理机制。本项目有望拓展一些凝聚态物理概念的现有内涵，如基于角共享八面体网络的新型自旋阻挫等，也为基于ANMn3的物性调控和相关新型功能材料设计提供一个新的视角-量子调控。

反钙钛矿结构AXMn3(A代表主族等元素、X代表非金属元素碳、氮等)表现出负热膨胀、巨磁电阻、磁热、磁致伸缩等丰富物性，是一类具有潜在应用价值的新型功能材料体系。其电子能带介于普通金属和窄能带强关联体系之间，且Mn原子的几何排列形成独特的角共享八面体自旋阻挫体系，暗示AXMn3中有可能表现出不同于窄能带强关联体系的新物性和新规律。然而目前对该体系的研究集中于优化相关功能参数和提高操作温度，对其低温物性及物理内涵关注甚少。本项目详细研究了AXMn3的铁磁-顺磁标度律，从实验上证实了该体系中存在巡游磁性和局域磁性的竞争，发现了短程反铁磁序调制的反常临界行为；发现了低温比热增强效应，提出了一种判断弱一级相变的新方法；研究了晶粒尺寸（界面/表面应力）对GaXMn3磁性及磁相变的影响，发现了不同于未配对表面自旋机制的增强铁磁性以及磁相变温区的宽化现象；利用原子对分布函数、电子自旋共振方法深入研究了自旋阻挫的Γ5g反铁磁相及相应的反铁磁-顺磁相变，对局域结构畸变诱导的负热膨胀的机制提出了新认识，提出了基于磁相分离调控负热膨胀的新思路。本项目的研究结果加深了对AXMn3材料的物理内涵的理解，为负热膨胀、磁热等功能属性调控提供了实验依据。.截至目前，已发表相关SCI论文17篇，其中包括Appl. Phys. Lett. 5篇、J. Appl. Phys. 5篇、Sci. Rep.和Phys. Rev. B各1篇，应邀就反钙钛矿结构锰化物的研究进展为Chin. Phys. B撰写Topical Review文章1篇。课题组成员获得国家自然科学基金优秀青年基金项目资助；培养的研究生获得了中科院院长奖学金特别奖、中科院优秀博士论文等奖项。