Fe摻雜VO2的金屬絕緣體相變和磁電性質(zhì)研究.pdf

1、VO2作為具有典型的金屬-絕緣體相變特性的金屬氧化物被廣為人知。在不同溫度下展現(xiàn)不同的晶相。M1在室溫下呈現(xiàn)單斜結(jié)構(gòu)，空間群為P21/c。在溫度接近340K時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生一個(gè)可逆的一級(jí)相變，形成四方金紅石結(jié)構(gòu)的R相，空間群為P42/mnm。半世紀(jì)前，F(xiàn).J.Morin證明了340K時(shí)VO2電阻率有兩個(gè)數(shù)量級(jí)的跳變，即為金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變（MIT）。Goodenough提出了相變能級(jí)理論，支持MIT是結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的Peierls相變。直到 M2相

2、的發(fā)現(xiàn)，證明 MIT并不是純結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的相變。Wentzcovitch認(rèn)為VO2的MIT相變是電子-電子相互作用驅(qū)動(dòng)的Mott絕緣體相變。如今大多數(shù)認(rèn)可VO2的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變（MIT）是結(jié)構(gòu)和電子關(guān)聯(lián)共同驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。在 VO2摻雜濃度為1-10個(gè)百分點(diǎn)的Cr，F(xiàn)e時(shí)，會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定存在的單斜絕緣相M2（空間群為C2/m）和三斜絕緣相T，它是M1和M2的中間相。亦或通過(guò)在控制純VO2的單軸張力獲得這3種絕緣相。在VO2摻雜Cr的研究中，它展現(xiàn)

3、出顯著不同于各相的VO2的物理特性。
　　近幾十年來(lái)，作為同樣具有多絕緣相的Fe摻雜的VO2，被公布的信息要比前者少得多。J.Pebler通過(guò)57Fe的穆斯堡爾效應(yīng)研究了摻雜各濃度下的V1-xFexO2的相分布并給出了晶體相圖。從Koji Kosuge通過(guò)57Fe的穆斯堡爾效應(yīng)和V1-xFexO2的磁電性質(zhì)研究中，我們對(duì)不同F(xiàn)e摻雜濃度的VO2產(chǎn)生了興趣，并對(duì)摻雜濃度在0.01≤x≤0.05范圍內(nèi)的材料做了詳細(xì)的研究。
　　

4、基于實(shí)驗(yàn)室的制備條件和現(xiàn)有思路，我們嘗試了多種實(shí)驗(yàn)方法來(lái)制備純相的二氧化釩樣品。期間，克服引入不同價(jià)態(tài)的釩氧化物雜質(zhì)是一大難題。最后，我們通過(guò)水熱合成法和固相合成法成功制備出了純相的VO2（M）和不同摻雜濃度的V1-xFexO2。本文主要描述了不同F(xiàn)e摻雜濃度給VO2（M）的晶體結(jié)構(gòu)、相變和磁性質(zhì)帶來(lái)的影響。通過(guò)樣品的XRD測(cè)量，我們確定了在0.01≤x≤0.05范圍內(nèi)摻雜Fe的VO2均為純M2相；和預(yù)期結(jié)果一樣，未摻雜的VO2為M1相

5、。與此同時(shí)，F(xiàn)e元素的摻雜同時(shí)改變了 VO2的晶體結(jié)構(gòu)。摻雜濃度的不同會(huì)導(dǎo)致晶格常數(shù)的變化。我們通過(guò) PPMS的磁測(cè)量，得出了 V1-xFexO2的磁化率隨溫度的變化曲線(xiàn)，在0.01≤x≤0.04階段， V1-xFexO2經(jīng)歷的相變?yōu)門(mén)-M2-R相變。引人注意的是，V1-xFexO2（x=0.05）的相變中不存在T相。Fe摻雜對(duì)VO2的金屬絕緣體相變前后量級(jí)的變化有抑制作用。我們控制外加磁場(chǎng)，測(cè)量了樣品磁化率隨外加磁場(chǎng)的變化關(guān)系（M-T