項目名稱： 過渡族金屬氧(硫)化物的電磁行為

推薦單位： 安徽省

項目簡介： 本項目屬于凝聚態物理學科領域。

具有龐磁電阻（CMR）效應的錳基氧化物和高溫超導銅基氧化物具有相似的鈣鈦礦結構，它們的母體都是反鐵磁Mott絕緣體，然而兩者卻表現出截然不同的物理特性。我們通過對錳基氧化物用銅替代錳和對銅基氧化物用錳替代銅研究了CMR效應和高溫超導兩種效應之間的相互渡越，發現了雙滲流效應、超導和磁性共存與競爭、pds雜化和雙交換作用共存與競爭、從極化子向可變程躍遷過渡等一系列奇異的行為。況且至今高溫超導機制仍不清楚，其磁通動力學行為依然沒有共識（其模型就有5個之多），自旋參與的輸運更是新開拓的領域。

因此我們分別研究了錳基化合物的自旋電子輸運和自旋電子配對的高溫超導磁通動力學行為，并開展了錳基和銅基氧化物復合，研究其磁性和超導的相互作用。

我們的工作澄清了國際上的爭論，例如實驗證明 R-T 展寬來自磁通蠕動而不是漲落；實驗上發現新現象，提出新模型，例如不同元素之間也可以產生雙交換作用；解決了長期困擾人們的疑點，例如解決了超導相變后負Hall系數長達九年之久的困惑；探索了新的測量和制備方法，如用前人未走過的路--ESR方法測得相分離；在基礎研究中特別注意有應用前景的現象和可能出現新器件的原理性研究，例如獲得了可能成為光開關和持久記憶元件的新材料。

本項目發表了191篇SCI論文，其中Phys. Rev. B 71篇、Appl. Phys. Lett. 16篇、J. Appl. Phys. 21篇。論文被同行他引1426次，附件中給出：17篇綜述評論文章引用我們的論文；國際同行以我們的實驗結果做理論依據；國際同行引用我們的觀點解釋他們的實驗現象；我們的實驗結果作為國際同行解釋實驗的依據；我們的研究方法得到了同行的認同；我們發現的新現象得到國際同行的關注；國際同行認同我們提出的觀點。申請1項國家發明專利。應邀為國際著作《Studies of High Temperature Superconductors》撰寫一個章節。著《超導物理》一書，現已出第三版，第一版為臺灣儒林出版出版公司用繁體字轉印。

主要發現點： 核心發現點：

1. 通過對錳基、銅基氧化物用錳、銅相互替代研究了CMR和高溫超導之間的相互渡越，發現了雙滲流效應、超導和磁性共存與競爭、兩種從極化子到可變程躍遷導電過渡等一系列奇異的行為。（超導物理學、磁學，代表性論文1）

2. 高溫超導體超導相變后的負Hall系數是長達九年之久的困惑。我們從實驗上證實了Hall系數呈負值起因于釘扎力和熱漲落引起的回流電流，解決了這一長期存在的難題。（超導物理學，代表性論文3）

3. 澄清國際上關于Mn基氧化物兩種導電機制的爭論：我們實驗證明在Mn基鈣鈦礦結構氧化物中導電機制是晶格極化子；而在尖晶石結構FeCr2S4化合物中是磁極化子導電（磁學，代表性論文6，7）

4. 過去人們認為DE作用僅在Mn元素之間發生，我們實驗上給出不同元素之間DE作用。（磁學，代表性論文8）

5.用前人未走過的路--ESR方法和內耗方法測得相分離。（磁學，代表性論文10）

6. 發現一個不穩定的TC=132K的新型高溫超導體Bi2PbxSb2-xCa2Cu3Oδ，是當時最高的TC。（超導物理學，代表性論文4）

7. 在渦旋液態區，新增加一條表征3D-2D的渦旋維度渡越的新相線；在渦旋固態區，新添加了一條起源于3D有序準點陣態向纏繞的渦旋玻璃態轉變的新相線。（超導物理學，代表性論文2）

其它重要發現點：

8. 我們設計了一個判斷實驗明確地證明 R-T 展寬來自磁通線蠕動而不是漲落。指出R-T展寬不是高溫超導體在強電中應用難以逾越的障礙。（超導物理學）

9. 確定了標志(Bi,Pb)-2212單晶發生從彈性磁通蠕動向范性磁通蠕動過渡的特征場。（超導物理學）

10.在Bi系中發現的非公度調制直接支配超導電性，國際上流行的非公度調制起因于額外氧插入的觀點,我們實驗否定了這個結論，提出非公度調制來自 Bi2O2 層和鈣鈦礦層間的晶格失配，并為國際接受。（超導物理學）

11.在摻Pr的YBCO研究中給出空穴的局域是抑制超導電性的主要原因。（超導物理學，10篇代表性論文5）

12. 解釋國際上一直未解決的低場M-T曲線反常的起因。（磁學）

13. 發現了光開關和持久記憶效應；將僅在ABO3中發現的光磁效應研究拓展到層狀結構，為新型的光電器件的誕生打下基礎。（磁學）

14. 在層狀Mn基氧化物中發現巨磁熵變效應，被國際上認為"是室溫磁制冷可能的侯選材料"。（磁學）

15. 在La5/8-xPrxCa3/8MnO3體系中觀察到巨電致電阻效應。（磁學）

主要完成人： 張裕恒

本人系項目負責人。提出R-T展寬的判斷實驗；解決超導相變后的負Hall系數長達九年之久的困惑；提出Sb對Bi系的摻雜獲得更高溫度的超導體；給出Pr與CuO2面上氧的超交換作用導致了空穴的局域，抑制超導電性；給出不同元素間存在雙交換作用，用ESR方法研究相分離等。著《超導物理》一書，對主要發現點1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、14作出工作，由代表性論文1、3、4、5、6、8、10支持。在該項研究中的工作量占本人工作量的80%。

孫玉平

對主要發現點5、7、9、13、15作出工作，由代表性論文2、9支持。（1）確定了標志(Bi,Pb)-2212單晶發生從彈性磁通蠕動向范性磁通蠕動過渡的特征場；（2）在H-T相圖上發現兩條新相線；（3）給出鈣鈦礦結構Mn氧化物微觀電子相分離和磁相分離的內耗實驗證據；（4）提出對鈣鈦礦結構Mn氧化物光誘導效應研究的總體方案；（5）提出對有序雙鈣鈦礦結構Fe-Mo氧化物的實驗研究思路；（6）在La5/8-xPrxCa3/8MnO3體系中觀察到的巨電致電阻效應。本人在該項研究中的工作量占本人工作量的90%。

楊昭榮

對鉻基硫族尖晶石體系超大磁電阻效應及相關物性進行了研究： 1. 關于該體系磁電阻效應的機制，提出了磁極化子導電的圖象，并通過電子順磁共振研究了磁極化子的形成和演化； 2. 通過非磁性離子替代，研究了庫侖勢和磁性勢的漲落對輸運行為的影響； 3. 通過鐵磁共振研究了單晶FeCr2S4樣品的磁晶各向異性，并澄清了多晶樣品鐵磁共振譜劈裂的起源； 4. 澄清了低場M～T反常的起因；對主要發現點3、12作出工作，由代表性論文7支持。本人在該項研究中的工作量占本人工作量的90%。

譚舜

完成了本課題所有顯微結構的表征；實驗上觀察到Mg/Zn對Mn的替代導致的Jahn-Teller畸變等工作，對主要發現點1、3、4、10、12作出工作，由代表性論文7支持，本人在該項研究中的工作量占本人工作量的60%。

戴建明

對主要發現點13作出了工作，由代表性論文9支持。（1）制備出納米尺度到微米尺度可控的有序雙鈣鈦礦A2FeMoO6 (A=Ca, Sr, Ba)系列多晶材料，獲得了大的室溫低場磁電阻效應；（2）在(La0.3Nd0.7)2/3Ca1/3MnO3薄膜中發現持久光電導(PPC)效應和正常光電導效應共存的新現象，并且PPC效應的溫區通過三層膜的層間耦合進行調控，提出了"光誘導鐵磁生長模型"；(3) 在La1.2Sr1.8Mn1.8Co0.2O7薄膜中觀察到與Co3+離子自旋態轉變有關的光電導現象，提出了光誘導Co3+離子自旋態轉變模型；（4）在層狀鈣鈦礦結構La1.2Sr1.8MnO7單晶中首次觀測到各向異性的光磁效應。本人在該項研究中的工作量占本人工作量的60%。