基于价电子密度对R5X4体系的一级磁相变调控和新相探索的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51301116
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0107.金属功能材料
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

This project is to tune first-order magnetostructural transitions and to explore novel phases of R5X4 (R=rare-earth atoms, X=main-group atoms) system through valence electron concentration (VEC). For manipulation of first-order magnetostructural transitions, we aim to decrease the magnetic hysteresis effect of Gd5SixGe4-x and to enhance its magnetocaloric and magnetoresistance effects in low magnetic field by adjusting VEC. For exploration of new phases, the non-tetrelide-containing R5X4 compounds, such as R5TrxPn4-x (Tr=Al, Ga, In;Pn=P, Sb, Bi), R5TrxQ4-x (Q=S, Se, Te), can be designed based on the VEC range in which the R5X4 phases survive. The structural stability and physical properties of designed compounds will be verified by employing first-principles calculations. Experimentally, the targeted materials are attempted to prepare by multiple solid-state synthesis methods, such as high-temperature solid-state reaction, arc melting, high-frequency induction heating, metal flux, chemical vapor transport and so on. The crystal structures, composition and novel physical properties (e.g., half metal) will be investigated by using XRD, SEM-EDS, PPMS etc. The theoretical and experimental data will be combined to be analyzed to illustrate the structure-bond-property relationship, paving a new route to property optimization and searching for new phases of rare-earth-based magnetostructural transition materials.
本项目利用价电子密度作为R5X4(R=稀土元素,X=主族元素)体系一级磁相变的调控手段和新相探索的依据。对于一级磁相变的调控,我们拟改变Gd5SixGe4-x的价电子密度,降低滞后效应,增强低磁场下的磁熵变、磁电阻等效应。对于新相探索,基于R5X4相存在的价电子密度范围,设计出不含碳族元素的新相,例如R5TrxPn4-x(Tr=Al, Ga, In;Pn=P, Sb, Bi)、R5TrxQ4-x(Q=S, Se, Te)。利用第一原理计算论证设计材料的结构稳定性和预测其物理性能。实验上,采用多种固态合成方法(高温固相反应、电弧熔炼、高频感应加热、金属溶剂、化学气相传输等)制备所需材料。运用XRD、SEM-EDS、PPMS等手段研究晶体结构、成分,探索发现半金属性等新的物理性能。结合实验和理论结果,阐明晶体结构-成键-性能之间的本质关系,为稀土磁相变材料的性能优化和新相探索提供新的思路。

结项摘要

磁制冷是基于磁性材料的磁热效应发展而成的制冷技术,具有绿色环保、高效节能和稳定可靠等优点。室温磁制冷技术的核心之一是寻找性能优越的磁相变材料。本项目以价电子密度调控为手段,探索大磁热效应的室温磁致冷材料,取得的主要研究成果有:(1)发现6种通式为R5GaSb3的稀土新化合物,其中R=Gd-Er和Y,为正交的Sm5Ge4型结构(空间群为Pnma)。这个体系的化合物不含碳族元素(Si、Ge和Sn),而之前的绝大部分研究都是在碳族化合物进行的,比如Gd5(Si,Ge)4和Gd5Sn4。(2)除了Y5GaSb3呈顺磁性,R5GaSb3(R=Gd-Er)都为铁磁性,居里温度分别为222K、143K、89K、59K和39K,在0-50kOe磁场下的最大磁熵变为-7.7、-14.2、-18.7、-28.5和-35.8J/(kg K),属于二级相变,无热滞效应。(3)发现5种R5GaBi3(R=Gd-Er)的稀土化合物,为Sm5Ge4结构,呈铁磁性,居里温度分别为208K、131K、81K、53K和25K,在0-50kOe磁场下的最大磁熵变为-7.8、-14.1、-18.5、-28.4和-36J/(kg K),属于二级相变。(4)R5GaSb3和R5GaBi3体系中,主族元素Ga/Sb和Ga/Bi表现出明显的原子择优占位,这和经典的Gd5(Si,Ge)4体系随机占位不同。主族元素的择优占位与原子的大小、电负性、价电子数等相关。(5)发现5个R5Ge4新相的粉末XRD谱收录为国际衍射数据中心(ICDD)标准谱,编号为I02625(Eu1.5Gd3.5Ge4)、I02626(Eu2Gd3Ge4)、I02627(Eu0.5Gd4.5Ge4)、I02628(EuGd4Ge4)和I02629(Eu2Y3Ge4)。(6)合成出Tb-Ge-Sb和Tb-Ge-Bi合金,通过改变Sb/Bi的含量而使居里温度在270~340K和235~350K的宽温区变化,在0-20kOe磁场下的最大磁熵变为-3.7和-4.3J/(kg K),属于二级相变,具有良好的热磁可逆性。(7)发现Tm5Ge4的结构为Sm5Ge4型,反铁磁性(TN=21K)。低温时,表现出类自旋玻璃的磁性为,可视为在反铁磁基底上镶嵌着铁磁团簇。Tm5Ge4是R5Ge4系列最后一个未被表征磁性的化合物,我们的结果完善了R5Ge4系列的磁性研究。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
The structural and magnetic properties of the compound Tm5Ge4
化合物Tm5Ge4的结构和磁性能
  • DOI:
    10.1039/c5ra02620b
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    JunDing Zou;Mi Yan;JinLei Yao
  • 通讯作者:
    JinLei Yao
Effects of cerium substitution on magnetic properties of naturally layered TbMn6Sn6 compound
铈替代对天然层状 TbMn6Sn6 化合物磁性能的影响
  • DOI:
    10.1142/s0217979216500685
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    International Journal of Modern Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    M. Zhao;G. Z. Liu;J. L. Yao;J. Gao
  • 通讯作者:
    J. Gao
Giant magnetic coercivity in CaCu5-type SmNi3TSi (T=Mn–Cu) solid solutions
CaCu5 型 SmNi3TSi (T=Mn−Cu) 固溶体中的巨磁矫顽力
  • DOI:
    10.1016/j.jssc.2015.09.024
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Solid State Chemistry
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Jinlei Yao;Xu Yan;A. V. Morozkin
  • 通讯作者:
    A. V. Morozkin
Giant magnetic coercivity in orthorhombic YNi4Si-type SmNi4Si compound
正交晶系YNi4Si型SmNi4Si化合物的巨磁矫顽力
  • DOI:
    10.1016/j.jssc.2015.07.012
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Solid State Chemistry
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Jinlei Yao;A. V. Morozkin
  • 通讯作者:
    A. V. Morozkin
Giant magnetic coercivity in YNi4B-type SmNi3TB (T=Mn–Cu) solid solutions
YNi4B型SmNi3TB(T=Mn-Cu)固溶体中的巨磁矫顽力
  • DOI:
    10.1016/j.jmmm.2016.06.034
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Magnetism and Magnetic Materials
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Chang Yan;V. O. Yapaskurt;A. V. Morozkin
  • 通讯作者:
    A. V. Morozkin

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其他文献

A large magnetoresistance effect induced by the tiny substitution of Gd for Y in Y1-xGdxMn6Sn6 compounds (x=0.05-0.15)
Y1-xGdxMn6Sn6 化合物中 Gd 微小取代 Y 引起的大磁阻效应 (x=0.05-0.15)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    submitted to J. Phys.D: Appl. Phys.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚金雷;张绍英等
  • 通讯作者:
    张绍英等
多层金属预制膜硫化法制备CuAlS2薄膜
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    苏州科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    颜长;赵蒙;张强;姚金雷
  • 通讯作者:
    姚金雷
Structural and magnetic properties of HfFe6Ge6-type ErMn6Sn6-xGax (x=0-2.0) compounds
HfFe6Ge6型ErMn6Sn6-xGax (x=0-2.0)化合物的结构和磁性能
  • DOI:
    10.1103/physrevb.67.134423
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Phys. Rev
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚金雷;张绍英等
  • 通讯作者:
    张绍英等
A new HfFe6Ge6-type (Tb,Ce)Mn6Sn6 compounds
一种新型HfFe6Ge6型(Tb,Ce)Mn6Sn6化合物
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    submitted to J. Magn. Magn. Mater.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚金雷;张绍英等
  • 通讯作者:
    张绍英等
Magnetism and giant magnetoresistance of HfFe6Ge6-type Y0.7Ce0.3Mn6Sn6 compound
HfFe6Ge6型Y0.7Ce0.3Mn6Sn6化合物的磁性及巨磁阻
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    J. Appl. Phys
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚金雷;张绍英等
  • 通讯作者:
    张绍英等

其他文献

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姚金雷的其他基金

具有金刚石结构的碱金属基I2-II-IV-VI4型四元硫属化合物的新相探索与物性研究
  • 批准号:
    21771136
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    64.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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