本文主要研究层状钙钛矿钴氧化物Gd1-xYxBaCo2O5.5-δ(0 ≤ x ≤ 1)的结构、磁性和其电输运特性,尤其是自旋态转变引起的磁性和电性变化。 X射线衍射(XRD)结构表征所有样品都是单相,具有层状钙钛矿结构。对所有掺杂浓度样品的晶体结构进行细致分析,发现在掺杂浓度x = 0.5处,样品的晶体结构的对称性从空间群为Pmmm的正交晶系转换到空间群为P4/nmm的四方晶系。其晶胞参数随掺杂浓度的变化说明掺杂浓度不但可以调节样品晶体结构,还可以影响氧含量的变化。 磁性测量显示,Gd1-xYxBaCo2O5.5-δ(0 ≤ x ≤ 1)的磁性随掺杂浓度的变化也发生复杂变化。随掺杂浓度的增加,铁磁居里温度Tc逐渐增大,反铁磁奈尔温度TN逐渐减小,最终导致铁磁性区间随掺杂浓度的增加而变宽。同时在此区间内,磁化强度随掺杂量的增大先减小(x ≤ 0.6)然后又增大(x > 0.6),并且当掺杂浓度x ≥ 0.5时磁矩出现双峰现象。对温度在300 K-400 K区间内的磁性进行细致分析还发现,在掺杂浓度x ≤ 0.5时,存在自旋态转变,转变温度随掺杂浓度的增加向低温移动,当掺杂浓度x > 0.5时,自旋态转变温度消失。 电性研究发现,Gd1-xYxBaCo2O5.5-δ(0 ≤ x ≤ 1)在自旋态转变温度附近存在金属绝缘体转变。其转变温度TMI也是在x ≤ 0.5时,随掺杂浓度的增大向低温移动,x > 0.5时,金属绝缘体转变温度消失。将x ≤ 0.5所有样品的金属绝缘体转变温度和自旋态转变温度对比还发现,两者基本相近,此现象可以通过自旋阻塞理论来解释。 本文还针对在室温以下没有自旋态转变的样品YBaCo2O5+δ进行高温磁性测量,发现第一次高温磁性测量时,磁化率倒数在600 K-800 K有一转变平台,此转变同时伴随着晶体对称性转变,这归因于样品氧含量的释放和八面体内Co3+离子自旋态转变。研究还发现,其高温其磁性不仅来源于自旋磁矩,轨道磁矩在整个有效磁矩中也占有重要地位,其LZ/SZ的值竟高达0.87。在第二次高温磁性测量时也发现了大的轨道磁矩。整个分析说明在高温磁矩变化过程中,随氧含量的释放,Co离子会发生自旋态转变,且轨道磁矩在磁性贡献中充当着重要角色。