题目：反钙钛矿结构Mn3XN(X=Zn, Ag等)化合物磁相变、晶体结构及电输运性质的研究

近年来，强电子关联体系反钙钛矿Mn3XN(C) 系列化合物由于具有十分有趣的物理性质和广泛的潜在应用价值越来越受到研究者的关注和青睐。其丰富的物理性质包含如：超导、巨磁阻、近零电阻温度系数行为，各向同性负（零）热膨胀，磁致伸缩，压磁效应，磁卡效应等。因此，对它进行系统深入的研究不但具有重要的学术价值，而且具有巨大的潜在应用价值。本论文旨在通过系统研究Mn3XN晶格、磁、电输运性质的反常变化，揭示三者的关联关系，探索该类材料新的物理特性，掌握调控相关物性的方法与途径，以期为反钙钛矿新型功能材料的设计和应用提供新的思路。本论文选取Mn3ZnN和Mn3AgN两种化合物作为母体，通过在母体化合物中进行不同元素以及含量逐渐变化的系列掺杂，对此类材料的热膨胀及磁、电输运性质进行了研究，并提出了调控零热膨胀行为的方法。主要研究工作包括以下几个方面：利用中子粉末衍射技术研究了Mn3(Zn, M)xN(M=Ag, Ge)化合物的热膨胀行为的物理机制, 建立了合理的磁结构和晶体结构模型。获得了三种近零热膨胀材料Mn3ZnxN（x=0.99, 0.96, 0.93），热膨胀系数最低达到10-7K-1量级，其中Mn3Zn0.93N的近零膨胀行为温区达到185K。研究表明，Mn3ZnxN化合物中，只有对称性为(R -3)的 MNTE相才能与晶格发生强关联产生磁体积效应(MVE)，导致晶格发生反常的变化从而补偿由非简谐运动引起的正常热膨胀，产生了近零热膨胀现象。通过调控Zn空位浓度和Zn位元素的掺杂实现了Mn3(Zn, M)xN(M=Ag, Ge)化合物热膨胀行为的调控。Zn空位的引入和Ag，Ge元素在Zn位的掺杂，稳定了能够产生反常晶格变化的MNTE相。并且调控了Mn磁矩值和MNTE相的转变温度，从而实现了对热膨胀系数和温区的调控。零膨胀机制和调控方法的提出为研究开发此类零膨胀材料提供了新的思路和技术途径。系统地研究了Ni掺杂Mn3Ag1-xNixN化合物的电输运性质，发现了可调控的低电阻温度系数行为，并对低电阻温度系数行为的产生机理进行了探讨。低于奈尔温度，Mn3Ag1-xNixN化合物的电阻率为金属型行为。发生反铁磁（AFM）转变后，Mn3Ag1-xNixN化合物的电阻率随着温度的升高几乎不随温度的变化而变化。研究发现反铁磁转变后短程有序完全取代了长程有序。而短程有序效应可以引起负电阻温度系数行为，因此可以弥补由声子散射引起的正的电阻温度系数行为，从而产生了近零电阻温度系数现象。研究了非磁性元素和磁性元素掺杂对该类化合物物理性质的不同影响。发现非磁性元素Ag，Ge和Si的掺杂只改变Mn3Zn1-xAxN化合物的磁转变温度，并不改变磁转变类型。而磁性元素Co的掺杂则不仅改变Mn3Zn1-xCoxN和Mn3Ag1-xCoxN化合物的磁转变温度，而且改变了其磁转变类型。并且Co元素的掺杂，导致Mn3Zn1-xCoxN和Mn3Ag1-xCoxN系列化合物均产生了较大的矫顽力，其中Mn3Zn0.15Co0.85N在5 K的矫顽力达到48000 Oe。