钙钛矿结构的过渡金属复合氧化物具有丰富的物理性质,在无机功能材料领域有特殊重要意义。最近,我们发现了一类具有三方层状钙钛矿结构的过渡金属复合氧化物系列,结构由三方钙钛矿层和类石墨结构的Ca2O层沿c轴交替排列构成,并合成了含有单、双和五层三方钙钛矿的化合物。在这些化合物中,三方钙钛矿层中的过渡金属八面体共面连接,因而化合物只表现出局域磁相互作用。本项目的目标是合成共顶点连接八面体构成的三方层状钙钛矿化合物,研究它们的结构和物理性质。共顶点连接过渡金属八面体可以发生长程磁相互作用,因而可以表现出磁阻等独特的物理性质。更重要的是,到目前为止还没有用于研究三方钙钛矿层磁相互作用的模型化合物;在我们的目标化合物中,三方钙钛矿层被Ca2O石墨层分隔,因而是一种研究三方钙钛矿层中金属离子磁相互作用的理想模型化合物;这类化合物磁性质对于理解钙钛矿三方层中的相互作用具有重要意义。
本项目着重于新型三方层状钙钛矿化合物的设计合成与结构、性能研究。鉴于三方类钙钛矿结构与四方类钙钛矿结构的关联性,有关化合物的结构、性能也一样受到关注。本项目得到了八面体共顶点连接构成的三方层状钙钛矿新物相Ba2La2MnW2O12和Ba3La3Mn2W3O18,得到了Sr3FeMoO7和Sr4FeMoO8等数种四方层状钙钛矿相关结构的新物相,利用粉末X射线衍射、电子衍射结合高分辨像及X射线光电子能谱等手段确定了这些化合物的晶体结构,利用室温和低温(10K)中子衍射研究了Sr3FeMoO7的磁结构。磁性测量表明,这些化合物在室温主要表现为顺磁性质,而在低温下表现出反铁磁行为。 进一步,发现并研究了三方缺陷型钙钛矿Sr6Co5O15结构中的非公度问题;以K2CO3做助熔剂在800-890oC得到了两种新物相Ba2Co9O14 和 Ba3Co10O17,它们是一类通式为Ban+1ConO3n+3(Co8O8)的新型立方钙钛矿与CdI2层共生的层状化合物中的n=1和n=2相,此类化合物存在CoO2层,显示出潜在的热电性能。