中文摘要：

研究了反铁磁层的自旋结构在层间耦合、反铁磁钉扎效应中的作用机理，发展了两种调控磁性多层膜中的磁耦合与铁磁层磁矩取向的新途径①利用反铁磁隔离层的自旋反铁磁有序结构传递铁磁-反铁磁界面处自旋交换耦合，设计了一种磁性多层膜新型结构并予以验证；②利用NiO覆盖层的电子镜面反射效应增强电子界面反射,在Co/Pt多层膜中得以实现。通过调节Co/Pt（Pd）多层膜的结构参数，在其中观测到了反铁磁层间耦合，解决了通过Pt（Pd）隔离层是否存在反铁磁耦合的长期争论；发现了Co/Pd多层膜中层间交换耦合的时间相关效应。利用第一性原理，设计出了超硬导体BC3，并获国外学者初步实验验证；预测了压力驱动型CaB4化合物，并利用高压固液反应，成功合成出单相CaB4晶体。近五年在PRL等刊物上发表SCI论文56篇，其中一作15篇，全部论文他引254次，其中一作他引131次，获省部级一等奖1项，申请国家发明专利5项。

结论摘要：

项目前两年主要研究Ga2-xFexO3体系及磁-电耦合效应，鉴于磁-电耦合效应测量所面临困难及课题组未来主要研究方向，中期将重点转向过渡族金属碳化物等方面的研究工作。项目研究基本实现了预期研究目标，主要研究结果如下(1)半heusler单晶--三维拓扑绝缘体。预测了I-III-IV族元素型新一类半heusler晶体的三维拓扑绝缘体特征；合成出 YPdBi、LuPdBi 和 LuPtBi 三种高质量单晶，其中，YPdBi具有在磁输运中起主导作用的高迁移率体电子载流子，并呈现非饱和正巨磁电阻效应；LuPdBi具有低温二维弱反局域效应与低温超导特性，是一种拓扑超导体；LuPtBi 单晶具有异常的高电子迁移率和正巨磁电阻效应，300 K 时电子迁移率高于 10,500 cm2/Vs，而2 K、10 T磁电阻高达 3200%。(2) 半金属Bi高温高压处理与反常铁磁行为。高温高压处理后，Bi中存在大量局域新结构，整体表现出反常铁磁行为。(3)二维层状半导体材料。(a)制备出了单层 WS2-xSex二维晶体，其具有优异的发光与光响应特性，通过控制 Se 掺杂量，实现带隙与发光谱连续调控。(b) 发展了高压下快速生长大尺度（~2 cm）黑磷晶体的方法。研究发现，对于机械剥离二维黑磷晶体，其光响应特性随层数减少显著增强，而液相剥离制备的2~4 层二维黑磷样品呈负光阻且表现出优异的阻变特性。(4) 过渡族金属族碳化物纳米粉体制备、致密化烧结。(a)采用液态有机溶剂作为过程控制剂对过渡族金属粉体高能球磨，获得了碳含量可控的非化学计量过渡族金属碳化物纳米粉体。(b)针对球磨纳米粉体进行SPS烧结，实现了金属碳化物致密化烧结及空位有序化，实验与理论研究揭示，空位有序导致堆垛层错能和孪晶界面能降低，有利于孪晶结构形成。(5)四方相 ZrO2纳米粉体制备。空位有序ZrCx低温氧化可获得分散性与结晶性良好的四方相 ZrO2纳米粉体，平均粒径小于5 nm，其产生与碳化物空位有序超结构有关。(6)四方相 ZrO2纳米颗粒中的孪晶结构及其对马氏体相变过程影响。(a)揭示了高温（700℃）退火条件下四方相ZrO2纳米颗粒融合长大过程中的孪晶形成机制; (b)孪晶存在有助于四方相ZrO2纳米颗粒的稳定；(b)孪晶结构存在时，四方相ZrO2纳米颗粒因粒径增大而导致的马氏体相变过程中存在一中间亚稳正交相。