層狀氧化物NaxCoO2電輸運(yùn)特性的理論研究.pdf

1、NaXCoO2是一種具有較高熱電勢(shì)和較低電阻率的熱電材料，有很復(fù)雜的電輸運(yùn)和磁電特性。Foo等人對(duì) NaxCoO2體系的輸運(yùn)性質(zhì)和磁性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,指出體系存在能量尺度不同的鐵磁序、反鐵磁序和自旋密度波(SDW)；隨著Na含量的增加，該材料在低溫下表現(xiàn)出有水作用下的超導(dǎo)特性、順磁金屬特性、電荷序絕緣體和居里-外斯金屬以及自旋波金屬特性；并且當(dāng)Na含量x>0.75時(shí)其磁結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。材料具有如此復(fù)雜的特性，并且是很好的熱電材料，使得

2、許多科研工作者在對(duì)該材料的研究上做了大量的工作，并且取得了大量的實(shí)驗(yàn)研究成果。
　　本文以這些研究成果為依據(jù)，從NaXCoO2結(jié)構(gòu)入手，建立了Na的含量分別為1/3、1/2、2/3三個(gè)典型的理論模型,發(fā)現(xiàn)隨著溫度的降低，這些模型具有穩(wěn)定的基態(tài)結(jié)構(gòu)。在Na含量為1/2材料中出現(xiàn)了電荷有序態(tài)，隨后出現(xiàn)金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變；而Na含量為1/3、2/3材料中沒(méi)有出現(xiàn)此種情況，表現(xiàn)出普通金屬特性。另外，考慮到磁性離子摻雜對(duì)其輸運(yùn)特性的影響，本文

3、還建立了磁性離子摻雜理論模型，發(fā)現(xiàn)磁性離子摻雜后體系出現(xiàn)了金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變。對(duì)于理論模型的處理，我們通常采用二次量子化方法給出模型的哈密頓量，利用格林函數(shù)和重整化群流方程方法來(lái)處理系統(tǒng)的哈密頓量，計(jì)算出系統(tǒng)的準(zhǔn)粒子能帶，從粒子能帶關(guān)系解釋系統(tǒng)的輸運(yùn)性質(zhì)。
　　理論研究結(jié)果表明：Na含量為1/2的材料中，系統(tǒng)的磁性較弱，溫度較高時(shí)，導(dǎo)帶與價(jià)帶有交疊，系統(tǒng)表現(xiàn)出金屬性質(zhì)，隨著溫度降低，導(dǎo)帶與價(jià)帶發(fā)生分離，體系出現(xiàn)金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變；Na

4、含量為1/3的材料中，系統(tǒng)表現(xiàn)出反鐵磁性，即使在低溫下，價(jià)帶和導(dǎo)帶也有較大交疊，體系的輸運(yùn)具有金屬性質(zhì)；Na含量為2/3的材料具有鐵磁特性，雖然同一帶內(nèi)的兩個(gè)子帶發(fā)生分離，但是帶間的價(jià)帶和導(dǎo)帶始終有交疊，體系仍表現(xiàn)出金屬特性；而在Na含量較高的體系中摻雜較強(qiáng)的磁性離子時(shí)，同一帶內(nèi)的兩個(gè)子帶發(fā)生更大的分離，在一定的溫度下，使得帶間的價(jià)帶和導(dǎo)帶發(fā)生分離，同時(shí)發(fā)生金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。
　　我們對(duì) NaxCoO2材料的輸運(yùn)特性做了大量的