项目名称： 过渡族金属氧(硫)化物的电磁行为

推荐单位： 安徽省

项目简介： 本项目属于凝聚态物理学科领域。

具有庞磁电阻（CMR）效应的锰基氧化物和高温超导铜基氧化物具有相似的钙钛矿结构，它们的母体都是反铁磁Mott绝缘体，然而两者却表现出截然不同的物理特性。我们通过对锰基氧化物用铜替代锰和对铜基氧化物用锰替代铜研究了CMR效应和高温超导两种效应之间的相互渡越，发现了双渗流效应、超导和磁性共存与竞争、pds杂化和双交换作用共存与竞争、从极化子向可变程跃迁过渡等一系列奇异的行为。况且至今高温超导机制仍不清楚，其磁通动力学行为依然没有共识（其模型就有5个之多），自旋参与的输运更是新开拓的领域。

因此我们分别研究了锰基化合物的自旋电子输运和自旋电子配对的高温超导磁通动力学行为，并开展了锰基和铜基氧化物复合，研究其磁性和超导的相互作用。

我们的工作澄清了国际上的争论，例如实验证明 R-T 展宽来自磁通蠕动而不是涨落；实验上发现新现象，提出新模型，例如不同元素之间也可以产生双交换作用；解决了长期困扰人们的疑点，例如解决了超导相变后负Hall系数长达九年之久的困惑；探索了新的测量和制备方法，如用前人未走过的路--ESR方法测得相分离；在基础研究中特别注意有应用前景的现象和可能出现新器件的原理性研究，例如获得了可能成为光开关和持久记忆元件的新材料。

本项目发表了191篇SCI论文，其中Phys. Rev. B 71篇、Appl. Phys. Lett. 16篇、J. Appl. Phys. 21篇。论文被同行他引1426次，附件中给出：17篇综述评论文章引用我们的论文；国际同行以我们的实验结果做理论依据；国际同行引用我们的观点解释他们的实验现象；我们的实验结果作为国际同行解释实验的依据；我们的研究方法得到了同行的认同；我们发现的新现象得到国际同行的关注；国际同行认同我们提出的观点。申请1项国家发明专利。应邀为国际著作《Studies of High Temperature Superconductors》撰写一个章节。著《超导物理》一书，现已出第三版，第一版为台湾儒林出版出版公司用繁体字转印。

主要发现点： 核心发现点：

1. 通过对锰基、铜基氧化物用锰、铜相互替代研究了CMR和高温超导之间的相互渡越，发现了双渗流效应、超导和磁性共存与竞争、两种从极化子到可变程跃迁导电过渡等一系列奇异的行为。（超导物理学、磁学，代表性论文1）

2. 高温超导体超导相变后的负Hall系数是长达九年之久的困惑。我们从实验上证实了Hall系数呈负值起因于钉扎力和热涨落引起的回流电流，解决了这一长期存在的难题。（超导物理学，代表性论文3）

3. 澄清国际上关于Mn基氧化物两种导电机制的争论：我们实验证明在Mn基钙钛矿结构氧化物中导电机制是晶格极化子；而在尖晶石结构FeCr2S4化合物中是磁极化子导电（磁学，代表性论文6，7）

4. 过去人们认为DE作用仅在Mn元素之间发生，我们实验上给出不同元素之间DE作用。（磁学，代表性论文8）

5.用前人未走过的路--ESR方法和内耗方法测得相分离。（磁学，代表性论文10）

6. 发现一个不稳定的TC=132K的新型高温超导体Bi2PbxSb2-xCa2Cu3Oδ，是当时最高的TC。（超导物理学，代表性论文4）

7. 在涡旋液态区，新增加一条表征3D-2D的涡旋维度渡越的新相线；在涡旋固态区，新添加了一条起源于3D有序准点阵态向缠绕的涡旋玻璃态转变的新相线。（超导物理学，代表性论文2）

其它重要发现点：

8. 我们设计了一个判断实验明确地证明 R-T 展宽来自磁通线蠕动而不是涨落。指出R-T展宽不是高温超导体在强电中应用难以逾越的障碍。（超导物理学）

9. 确定了标志(Bi,Pb)-2212单晶发生从弹性磁通蠕动向范性磁通蠕动过渡的特征场。（超导物理学）

10.在Bi系中发现的非公度调制直接支配超导电性，国际上流行的非公度调制起因于额外氧插入的观点,我们实验否定了这个结论，提出非公度调制来自 Bi2O2 层和钙钛矿层间的晶格失配，并为国际接受。（超导物理学）

11.在掺Pr的YBCO研究中给出空穴的局域是抑制超导电性的主要原因。（超导物理学，10篇代表性论文5）

12. 解释国际上一直未解决的低场M-T曲线反常的起因。（磁学）

13. 发现了光开关和持久记忆效应；将仅在ABO3中发现的光磁效应研究拓展到层状结构，为新型的光电器件的诞生打下基础。（磁学）

14. 在层状Mn基氧化物中发现巨磁熵变效应，被国际上认为"是室温磁制冷可能的侯选材料"。（磁学）

15. 在La5/8-xPrxCa3/8MnO3体系中观察到巨电致电阻效应。（磁学）

主要完成人： 张裕恒

本人系项目负责人。提出R-T展宽的判断实验；解决超导相变后的负Hall系数长达九年之久的困惑；提出Sb对Bi系的掺杂获得更高温度的超导体；给出Pr与CuO2面上氧的超交换作用导致了空穴的局域，抑制超导电性；给出不同元素间存在双交换作用，用ESR方法研究相分离等。著《超导物理》一书，对主要发现点1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、14作出工作，由代表性论文1、3、4、5、6、8、10支持。在该项研究中的工作量占本人工作量的80%。

孙玉平

对主要发现点5、7、9、13、15作出工作，由代表性论文2、9支持。（1）确定了标志(Bi,Pb)-2212单晶发生从弹性磁通蠕动向范性磁通蠕动过渡的特征场；（2）在H-T相图上发现两条新相线；（3）给出钙钛矿结构Mn氧化物微观电子相分离和磁相分离的内耗实验证据；（4）提出对钙钛矿结构Mn氧化物光诱导效应研究的总体方案；（5）提出对有序双钙钛矿结构Fe-Mo氧化物的实验研究思路；（6）在La5/8-xPrxCa3/8MnO3体系中观察到的巨电致电阻效应。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的90%。

杨昭荣

对铬基硫族尖晶石体系超大磁电阻效应及相关物性进行了研究： 1. 关于该体系磁电阻效应的机制，提出了磁极化子导电的图象，并通过电子顺磁共振研究了磁极化子的形成和演化； 2. 通过非磁性离子替代，研究了库仑势和磁性势的涨落对输运行为的影响； 3. 通过铁磁共振研究了单晶FeCr2S4样品的磁晶各向异性，并澄清了多晶样品铁磁共振谱劈裂的起源； 4. 澄清了低场M～T反常的起因；对主要发现点3、12作出工作，由代表性论文7支持。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的90%。

谭舜

完成了本课题所有显微结构的表征；实验上观察到Mg/Zn对Mn的替代导致的Jahn-Teller畸变等工作，对主要发现点1、3、4、10、12作出工作，由代表性论文7支持，本人在该项研究中的工作量占本人工作量的60%。

戴建明

对主要发现点13作出了工作，由代表性论文9支持。（1）制备出纳米尺度到微米尺度可控的有序双钙钛矿A2FeMoO6 (A=Ca, Sr, Ba)系列多晶材料，获得了大的室温低场磁电阻效应；（2）在(La0.3Nd0.7)2/3Ca1/3MnO3薄膜中发现持久光电导(PPC)效应和正常光电导效应共存的新现象，并且PPC效应的温区通过三层膜的层间耦合进行调控，提出了"光诱导铁磁生长模型"；(3) 在La1.2Sr1.8Mn1.8Co0.2O7薄膜中观察到与Co3+离子自旋态转变有关的光电导现象，提出了光诱导Co3+离子自旋态转变模型；（4）在层状钙钛矿结构La1.2Sr1.8MnO7单晶中首次观测到各向异性的光磁效应。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的60%。