几种VB族金属层状化合物的制备与物性表征

发布时间：2020-08-08 17:31

【摘要】：本论文对几种VB族金属层状化合物进行了制备以及物理性质的表征。关注范德瓦尔兹层状材料体系中的磁输运、电荷密度波与超导电性,以及非范德瓦尔兹层状MAX相的新材料体系探索与综合物性表征。本论文获得的主要研究结果如下。首先,对具有电荷密度波特性的VB族层状材料NbTe2与TaTe2的各向异性磁输运和磁学性质进行了系统的研究,进而分析了两者的费米面特征。我们在1T'-NbTe2与LT-TaTe2中都观察到了反常的线性磁阻,并通过量子线性磁阻模型进行了合理的解释,得到两者的费米面都由比例较大的经典色散费米面与比例较小的线性色散费米口袋共同组成的结论,且线性色散能带是导致线性磁阻的原因。进一步,我们观察到了 LT-TaTe2的磁阻在低温高场下相对于1T'-NbTe2存在更为复杂的各向异性,说明LT-TaTe2中小费米口袋具有特殊的各向异性。另外我们在两个晶向上观察到了磁化强度的量子振荡,并给出费米面极值截面面积的大小。这些结果为揭示1T'-NbTe2和LT-TaTe2的费米面结构特征提供了重要信息。其次,我们对Ta2S2C与Ta2Se2C中的电荷密度波进行了表征,在两者中发现了调制周期分别为3~(1/2)×3~(1/2)和7~(1/2)×7~(1/2)的电荷密度波。Ta2 S2C 与 Ta2 Se2C具有独特的双金属层结构,在单个层状单元内具有两层金属原子。我们首次提出双金属层电荷密度波的概念并证实其存在。通过结构解析,我们给出了双金属层电荷密度波的构型,并指出双金属层之间不同的相位差将会导致不同的构型。更进一步,我们给出了 Ta2S2-xSexC的完整电子结构相图,对其超导电性与电荷密度波之间的关系进行了探究。我们发现Ta2S2C在0.3 K以上不存在超导,而Ta2Se2C是一个Tc71.07的超导体。随着Se含量x的增加,电荷密度波逐渐受到抑制,并诱发超导,当x～0.8时达到最优掺杂,其超导转变温度为4K左右。通过对其临界磁场以及比热信息进行测定,得出Ta2S2-xSexC为弱耦合的第二类超导体。最后,我们发现了新的MAX相材料体系,包括Nb3As2C、Nb3P2C、Ta3P2C、V3As2C共四个新相。与传统的Mn+1AXn表示的MAX相不同,其分子式可以表达为M3A2X,打破了人们对MAX相的固有认识。其中Nb3As2C为纯相。我们通过实验测定并结合第一性原理计算,得出M3A2X材料具有优异的导电性与力学性能,Nb3As2C的体积模量实验测定值为225(5)GPa,处于目前报道的MAX相中的前列。并发现其电子结构上与传统MAX相不同,M3A2X不存在载流子补偿,其载流子类型主要为电子型,费米面主要由两个大的开轨道费米面组成,只在K点附近有小部分的空穴型费米面存在。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O611
【图文】：

SEM图,鲍鱼壳,电荷密度波

对三种 VB 族金属层状化合物体系进行了研究。首a）中的各向异性量子磁输运和磁性进行研究，探讨其面形貌特征；其次，从过渡族金属二硫属化物出发，族金属硫碳化物 Ta2S2-xSexC，探究其本征物性以及对双金属层的电荷密度波量子态，并探讨电荷密度波的性与电荷密度波之间的关联；最后，探索新的 VB 族金体结构并对其物性进行综合的表征。四小节，具体安排如下。要介绍了本文所关注的两种过渡族金属层状材料体系渡族金属二硫属化物以及非范德瓦尔兹层状结构的 Ma）天然鲍鱼壳的 SEM 图[17]，（b）MAX 相 Ti3SiC2弯曲和扭构[18]。

照片,三维晶体结构,光学,过渡族金属

属二硫属化物（Transition metal dichalcognides，简称以表达为 MX2，M 为早过渡族金属（Earlytransition 和 VIB 族金属元素，如图 1.2 中彩色标出的过渡族金过渡族金属二硫属化物元素分布：图中彩色方框分别标出可以及三种硫属元素。其中 Co，Ni 等元素为半彩色表示该系列材以形成层状结构[21]。

形貌,硫属,金属原子,晶型

几种 VB 族金属层状化合物的制备与物性表征以为 S，Se 和 Te。根据不同的元素组成，总共有六十中接近三分之二为层状化合物。s 具有与石墨相似的层状结构，使得该类材料在电学输运及热学等性质上存在强的各向异性[19,20]。如图 1.3（b），可以看到 MoS2的形貌与石墨相近，晶体的层状特征个层状单元厚度为 6~7 ，由一层金属原子与两层硫属子排布呈 X-M-X 的三明治结构，层内的 M 与 X 之间。M 与 X 成键后 X 原子上没有悬键存在，在层与层之合。

【参考文献】