新型Spinel轨道有序MgTi2O4和电荷有序LiRh2O4体系相变和输运性质的比较研究

区别于钙钛矿型化合物，尖晶石型化合物即具有典型的几何阻措结构，又呈现出关联电子各种可能的电荷、自旋和轨道有序行为。MgTi2O4是第一个在尖金石结构化合物中观测到具有清晰的螺旋轨道密度波轨道序的体系，LiRh2O4是08年才被合成的第一个既有电荷序，又有轨道序的尖金石型化合物。我们的研究目标是制备出高质量MgTi2O4和LiRh2O4多晶和单晶样品；通过二者对比研究，考察其金属－绝缘体相变过程中离子价态、结构畸变、简并电子态演化，新的电荷或轨道有序相的形成间的关联效应，判定普适类型，揭示相变机制；给出低温轨道密度波等关联电子轨道和电荷有序相自身耦合本性（构型、波长、相位及振幅）以及外场下的输运行为特征。这将有助于加深人们对尖金石结构体系，乃至整个关联电子体系中几何阻错与金属－绝缘体相变，以及关联电子有序行为的关系的认识。

尖晶石型化合物即具有典型的几何阻措结构，又呈现出关联电子各种可能的电荷、自旋和轨道有序行为。MgTi2O4是第一个在尖金石结构化合物中观测到具有清晰的螺旋轨道密度波轨道序的体系。我们利用放电等离子烧结技术成功制备出高质量S=1/2轨道密度波（ODW）MgTi2O4样品；发现了260K附近相变的比热与磁化率对温度的倒数存在一个标度行为，揭示伴随的轨道序转变是二阶的，判定其属于3维XY普适类，给出了相应的临界涨落范围和临界指数；相变区磁熵的反常增加揭示存在强烈的自旋-轨道耦合；用EPR和磁热效应证实高温相为弱的金属行为；给出了低温相ODW自身的耦合特性与对外场下的响应行为，以及ODW分布温度依赖公式。作为比较，发现S=1轨道有序ZnV2O4一阶的结构和轨道序转变与二阶的反铁磁转变分离，特别是给出了其一阶相变对应的克拉伯龙方程和二阶相变对应的AFM的关联长度为ξ0=315Å。得到了从纳米到微米尺度硬磁CoFe2O4和软磁MnFe2O4单相颗粒、以及相关软-硬磁、磁-铁复合材料调控制备规律；揭示其10nm以下颗粒的超顺磁性主要来源于表面的自旋玻璃冻结态。这些结果将有助于加深人们对尖金石结构体系，乃至整个关联电子体系相变，以及关联电子有序行为的关系的认识。