三种过渡金属硫属化合物高压物性研究

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在材料化学中,具有层状结构的化合物组成了一个庞大的体系,其所展现出来的丰富物理性质,以及潜在的应用价值,使之成为研究的一大热点。而对这类材料的研究则主要集中在过渡金属二硫族化合物、石墨烯、过渡金属氧化物和氯氧化合物。随着近几年对新型层状材料的开发,一些插层能力较强的材料逐渐受到青睐,包括过渡金属磷三硫属化合物(MPX3:M=3d过渡金属元素;X=S、Se)、层状镧系氯氧化物和新型过渡金属氧硫化物(V2O4S)。在这些新的材料体系中,MPX3因具有非常独特的结构特征以及有趣的物理性质与潜在应用,而受到更多的关注。对这类材料的研究方向之一则是用直径更大的V族元素(As、Sb、Bi)对P元素进行替代,成为MTX3化合物,以求可以获取新颖结构。为此作为其子集的MCrX3(M=非过渡金属元素)体系化合物进入人们的视野,目前大家对它的兴趣在于展现出的丰富的结构以及低维铁磁半导体基态。压力作为一个独立的物理量,它可以对物质的弹性、电子结构、磁性、晶体结构和化学等性质进行调控,并推动材料跨越绝缘体和超导体、非晶体和晶体、离子和共价化合物、强烈反应性和惰性化学物质等之间的常规屏障,使其展现出前所未有的性质。因此本论文中,通过高压电输运、高压拉曼、高压同步辐射等技术对1T-VSe2进行了详细的研究,对MnPSe3和CrSbSe3进行了部分高压研究。本论文主要分为以下五个章节:第一章:首先简单介绍了高压物理学的意义、各种高压技术的发展、原理和步骤,主要包括金刚石对顶砧,高压拉曼、高压同步辐射X射线衍射技术、以及高压电输运技术。接着先概括介绍了过渡金属硫属化合物的一些性质,后详述了过渡金属硫属化合物MX2、MPX3以及MCrX3体系的性质以及研究现状。第二章:通过高压拉曼、高压X射线衍射以及高压电输运技术研究了1T-VSe2在压力下的详细结构和输运特性,并由此揭示了两个临界压力点。在压缩速率为16.5 K/GPa时,CDW的转变增强,直到第一个临界压力PC1~12GPa时,结构由六方P-3m1向单斜C2/m转变。第二个临界压力PC2~33GPa对应着由单斜C2/m向P21/m的结构转变。这些发现有助于理解过渡金属二硫族化合物的结构在压力下的演化。第三章:主要介绍了MnPSe3单晶样品的合成和它的一些常压下的表征以及高压拉曼的测试。在X射线衍射的测试结果中,可以看出它是沿着(00l)方向进行生长。从磁性测试结果中得出奈尔转变温度TN=72K,以及在高压拉曼中观察到23.68GPa时,拉曼峰消失,这些表征都证明了样品的质量之高,为后续的高压输运垫下基础。第四章:主要包括CrSbSe3单晶样品的合成和一些常压下的表征以及高压拉曼的测试。在多晶X射线衍射的测试结果中,我们能够根据空间群Pnma的标准卡片对它进行完美的拟合,并且没有发现杂峰的痕迹,证明了我们样品的纯相。高压拉曼图谱中发现其在9GPa和23GPa附近拉曼峰发生两次变化,预示着可能存在的结构或者磁性上的转变。第五章:总结与展望。
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