反钙钛矿结构铁基化合物的物性研究和应用属性探索

反钙钛矿铁基化合物AXFe3(A=Al、Ga、Sn、Zn等；X=C、N)具有简单的晶体结构。其物性一方面类似于反钙钛矿结构锰基化合物，可能呈现出丰富的磁结构相变。相变附近，材料的磁性、电输运、晶格等物性发生突变，同时相变温度、相变类型和基态性质等对掺杂效应十分敏感。另一方面该体系可看作电子掺杂的锰基反钙钛矿化合物，其费米面结构可能发生巨大变化，如费米面结构重构、赝能隙的出现等，可能产生如超导电性、非费米液体以及玻璃冻结等奇异的物性。本项目拟通过研究A/Fe位掺杂效应对晶体结构、磁性和电输运等物性的影响，寻找递变规律；对较为复杂的体系,研究相变附近多种物性的关联效应；同时研究其对应磁电阻、磁热等应用属性，探索其应用的可能性。并结合第一性原理计算分析解释实验结果。希望通过实验、理论两方面对此类材料有一个较系统全面的认识。

本项目系统研究了铁基反钙钛矿结构系列化合物AXFe3的晶体结构、磁、电输运等基本性质以及元素掺杂对该体系化合物物性的影响。项目揭示了该体系不仅具有潜在的功能属性(如：磁热、巨磁电阻、室温附近零电阻率温度系数以及热电等)而且存在奇特的磁以及电输运行为(如：自旋冻结和半导体输运行为等)。通过化学替代，我们并获得了一些具有潜在应用前景的功能属性材料，如：室温下宽温区的巨磁热效应(Sn1-xGaxCFe3、ZnCxFe3、Zn1-xSnxCFe3、AlCxFe3)、巨磁电阻效应(GaCMn3-xFex)、室温下宽温区零电阻率温度系数(GaxCFe3、Ga1-xAlxCFe3)以及热电材料(ZnCFe3)。在此基础上，总结了掺杂的递变规律，绘制出多个电子掺杂相图(Sn1-xGaxCFe3、GaCFe3-xCrx、GaCMn3-xFex)，结合实验计算模拟合理地解释了相关实验现象。本项目取得的研究成果对反钙钛矿结构化合物体系研究具有重要的推动作用，为今后对该领域的深入研究提供重要信息，也为该系列化合物的应用功能(如磁制冷、微电子器件等)的探索和应用提供了重要的参考依据。