2、超纯铜铁矿型金属 PdCoO₂ 和 PtCoO₂ 的特性解析

超纯铜铁矿型金属 PdCoO₂ 和 PtCoO₂ 的特性解析

1. 铜铁矿型金属概述

铜铁矿型金属是一类新型的超高纯度金属，可作为研究低电阻率材料中电输运的模型系统。一般来说，铜铁矿型材料的化学组成为 ABO₂，其中 A 为 Pt、Pd、Cu 或 Ag，B 为过渡金属，如 Co 或 Cr。最常见的铜铁矿型晶体结构具有 R¯3m 空间群，A 位点呈三角形配位平面排列，B 位点阳离子层位于这些平面之间，每个 B 位点阳离子位于氧八面体中心，且每个氧阳离子与 A 位点阳离子呈线性配位。当 B 位点阳离子具有磁性时，这种三角形配位可能导致阻挫磁性。

大多数铜铁矿型材料与其他层状氧化物一样，是半导体或绝缘体。但在 1971 年，首次报道了超纯铜铁矿型金属。Shannon 及其合作者的三项研究合成了九种新的铜铁矿型材料，其中生长的两种单晶 PdCoO₂ 和 PtCoO₂ 在室温下的面内电阻率极低，分别为 3.1 μΩcm 和 1.8 μΩcm，这不仅是氧化物材料的记录，甚至低于元素 Pt 或 Pd 的电阻率。而且，其电阻率具有很强的各向异性，c 轴电阻率比面内电阻率大三个数量级。

在低温下，面内电导率也极高。在 5K 时，PdCoO₂ 和 PtCoO₂ 的电阻率分别低至 7.5 nΩcm 和 20 nΩcm，对应的平均自由程分别约为 20 µm 和 5 µm，这与石墨烯和 20 世纪 80 年代及 90 年代研究的超纯半导体异质结构中的二维电子气相当。令人惊讶的是，这种生长方法未涉及任何纯化步骤，却能得到如此高纯度的材料。而且，在 Shannon 等人的开创性工作之后约二十年，对这些金属的研究很少，例如直到 2007 年才报道了更高纯度的 PdCoO₂ 晶体的合成。

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