摻雜La-Sr-Mn-O雙層鈣鈦礦錳氧化物的磁性與磁熱效應.pdf

1、雙層鈣鈦礦結構錳氧化物La2-2xSr1+2xMn2O7是一種具有特殊的準二維結構的巨磁電阻材料，其復雜的磁結構、電荷軌道有序、各向異性的磁、電特性和獨特的Jahn-Teller效應等使得該材料的研究受到了廣泛的關注。本論文研究了A位和B位元素替代對雙層鈣鈦礦錳氧化物的結構、電、磁性質(zhì)及磁熵變效應的影響。 本文采用固相反應法制備了兩個系列的鈣鈦礦材料：在錳位摻雜少量Cr3+的La1.34Sr1.66Mn2-xCrxO7(x=0.

2、0,0.1，0.3,0.4)系列多晶樣品和在A位Ca2+取代Sr2+的La1.4Sr1.6-xCaxMn2O7(x=0.0，0.2，0.4，0.8，1.0，1.4，1.6)系列多晶樣品。對這兩個系列樣品的結構、電、磁性質(zhì)及磁熵變效應進行了較為詳細的研究。用X射線衍射儀(XRD)確定了這兩個系列樣品的結構，計算了晶格常數(shù)和晶胞體積。用振動樣品磁強計(VSM)測量樣品的磁性能及磁熵變。主要研究結果如下： 1.La1.34Sr1.66

3、Mn2-xCrxO7(x=0.0，0.1，0.3,0.4)系列多晶樣品 (1)XRD分析表明所有樣品均為Sr3Ti2O7型四方結構，空間群為I4/mmm。隨著Cr3+離子摻雜濃度的增加，該系列樣品的晶胞體積單調(diào)減小。這可能是由于Cr3+平均離子半徑(0.62A)比Mn3+(0.67A)的小造成的。 (2)對于少量的cr3+離子摻雜的樣品(x=0.1)，三維長程鐵磁有序轉(zhuǎn)變溫度T3Dc升高，二維短程鐵磁有序轉(zhuǎn)變溫度T2Dc

4、降低；結構分析表明，x=0.1樣品的晶格常數(shù)c最小，a最大，c/a達到極小值；該樣品中嚴重的晶格畸變有利于樣品中MnO2層間的交換作用，消弱了層內(nèi)的交換作用，是造成該樣品的T3Dc升高，T2Dc降低的主要原因。對于大量的Cr3+離子摻雜的樣品(X=0.3，0.4)，T3Dc降低，T2Dc基本保持不變。實驗結果表明，Cr3+離子不象B位摻雜的其他金屬元素那樣強烈地破壞雙交換作用?？紤]到Cr3+和Mn4+有相同的電子組態(tài)(t32g,e0g)

5、，雙交換作用也可能通過Mn3+-O-Cr3+之間進行。 (3)La1.34Sr1.66Mn2-xCrxO7樣品的電阻率在150K-300K溫度范圍內(nèi)隨著溫度的降低單調(diào)增加，顯示出絕緣體或半導體行為，并且電阻率隨著Cr離子的摻雜單調(diào)增加。 2.Sr2+位摻Ca2+的La1.4Sr1.6-xCaxMn2O7(0≤x≤1.6)系列多晶樣品 (1)根據(jù)XRD衍射圖譜分析，發(fā)現(xiàn)x≤0.8樣品均為Sr3Ti2O7型四方結構，

6、空間群為I4/mmm，然而x≥1.0樣品為ABO3型正交結構及少量氧化鈣的混合物。 (2)對于x≤0.8的樣品，隨著Ca2+摻雜量的增加，晶格常數(shù)a逐漸增大，樣品的晶胞體積V隨Ca2+摻雜濃度的增加單調(diào)減小。Ca2+離子半徑(0.99A)比Sr2+離子半徑(1.12A)小可能是造成樣品的晶胞體積隨Ca2+摻雜濃度單調(diào)減小的主要原因。當x=0.4時，a最小，c最大，c/a達到極大值。c變長，a變短，使得MnO6八面體產(chǎn)生較嚴重的J

7、-T畸變。 (3)對于少量Ca2+摻雜的樣品(x=0.2)，由于Ca2+的離子半徑比La3+和Sr2+的離子半徑小得多，Ca2+離子優(yōu)先占據(jù)巖鹽層內(nèi)的九配位(R位)，使得三維鐵磁(3D-FM)長程有序很難在MnO2層間產(chǎn)生，沿c軸方向的(MnO2)2層間各向異性雙交換作用Jc隨著摻雜量增加而降低，導致x=0.2樣品的磁化強度和三維鐵磁轉(zhuǎn)變溫度T3Dc比未摻雜樣品有所降低。對于x=0.4樣品，嚴重的J-T畸變可能是造成此樣品在測量

8、范圍內(nèi)的磁化強度較x=0.0和x=0.2樣品增強的主要原因。 (4)對于大量Ca2+摻雜的樣品(1.0≤x≤1.6)，在居里溫度(Tc)附近，出現(xiàn)從高溫向低溫的順磁-鐵磁轉(zhuǎn)變。隨著摻雜量的增加，磁化強度在x=1.4樣品中達到最大。這種磁化強度的變化可能是由于Sr2+/Ca2+比值及CaO含量的變化引起的。在1T磁場下，按名義組分La1.4Sr1.6-xCaxMn2O7(x=1.0，1.4，1.6)配比的樣品，磁熵變的最大值｜ΔS