【摘要】：拓撲半金屬是近六年來匯聚態化學學領域中重大研究突破之一,其中磁性拓撲半金屬()因為磁有序、軌道序和強電子關聯等多重耦合作用的并存反常霍爾效應,呈現出愈發豐富的拓撲量子態和奇特物性。本論文針對具有非共線磁結構的拓撲半金屬候選材料DySb和,舉辦了單晶硅生長、電磁物性和化學機理研究,闡述了電輸運/磁結構之間的內在關聯和外磁場下調控規律。本論文內容概括如下五章:第一章,首先對拓撲半金屬的化學概念、相關材料、典型的物性及相關進展作了簡略概述,并進一步論述了非共線磁結構的磁性半金屬中的奇特物性,如:手性負磁阻、拓撲反常霍爾效應、巨大的本征反常霍爾效應等。討論了面心立方結構RX(R=稀土,X=Sb,Bi)磁性半金屬和燒綠石結構銥氧化物的拓撲物態和奇特物性的研究現況,在此基礎上提出了本論文的選題根據。第二章,介紹了面心立方結構DySb和燒綠石結構單晶硅制備方式、結構表征和物性測試方式,并對其測試原理作了簡略說明。第三章,對具有Ising反鐵磁各向異性的DySb單晶硅的磁性和電輸運進行研究。
磁性研究表明:當外磁場沿易磁化軸[001]方向時,磁化硬度表現出1/2磁化平臺行為,隨磁場降低系統依次經歷Ⅱ型反鐵磁→HoP型亞鐵磁→鐵磁性的相變,勾畫了磁場氣溫(B-T)相圖。電輸運研究表明:當磁場在(110)和(100)平面內旋轉時,DySb表現出四重旋轉對稱性的各向異性磁內阻行為,Néel氣溫以下磁場可誘導最大磁內阻從[110]方向轉入[111]方向,同時該體系可表現出各向異性的反常霍爾效應。進一步對霍爾效應的剖析表明,該體系存在非共線磁結構誘導的拓撲反常霍爾效應,反常霍爾濁度可達~5000?~(-1)?cm~(-1),大的反常霍爾濁度始于非共線反鐵磁和補償半金屬特點的共存。第四章,通過對具有不同物理計量比Eu_(2(1+x))Ir_(2(1-x))O_(7-y)單晶硅樣品的研究,發覺物理計量比(Eu/Ir)降低,金屬-絕緣體相變氣溫從T_(MI)=116K(Eu/Ir=1.015)降低到T_(MI)=102K(Eu/Ir=1.05)。重點舉辦了反鐵磁序“All-in/All-out”自旋結構的疇和疇壁的耦合作用對磁性和電輸運的調控規律研究。磁性結果表明:Eu_(2(1+x))Ir_(2(1-x))O_(7-y)在外磁場冷卻后的磁滯回線中表現出非對稱行為,即交換偏置效應反常霍爾效應,否認了“All-in/All-out”疇和疇壁存在界面耦合作用;而且高質量樣品具有更顯著的非對稱行為和較大的鐵磁性,闡明了“All-in/All-out”疇壁的鐵磁性特點。電輸運的測試結果表明:界面磁耦合會誘導非對稱的磁內阻和非對稱的霍爾效應,強調了“All-in/All-out”疇和疇壁耦合對電輸運行為的調控作用。
