電子摻雜對(duì)Ca3Mn2O7的結(jié)構(gòu)和磁性的影響.pdf

1、作為典型的Ruddlesden-Popper型層狀鈣鈦礦氧化物，CaMnO3樣品以及不同摻雜的Ca1-xAxMnO3樣品都具有豐富多樣的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、磁相轉(zhuǎn)變、磁受挫以及電運(yùn)輸特性。對(duì)這些復(fù)雜特性的形成機(jī)理，變化趨勢(shì)及原理的研究一直是科研工作者們的重中之重，他們希望通過(guò)這些研究來(lái)研制出人類日常生活中所需的各種不同需求的磁性材料。鑒于La3+、Th4+等離子摻雜的Ca3Mn2O7樣品的研究已經(jīng)比比皆是，本文將研究存在Ca缺陷的（即自摻雜的

2、）Ca3-xMn2O7-d樣品和Bi3+摻雜的Ca3-xBixMn2O7樣品的結(jié)構(gòu)、價(jià)態(tài)和磁性特征。
　　樣品的合成采用的是傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法，在合成自摻雜的Ca3-xMn2O7-d(x=0.04，008，0.12)樣品時(shí)借用Pb元素在樣品中蒸發(fā)來(lái)調(diào)控樣品中Ca缺陷的量。而樣品的XRD圖譜分析表明，隨著樣品的自摻雜，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，由正方晶格變?yōu)樾狈骄Ц瘢淇臻g點(diǎn)群從I4/mmm轉(zhuǎn)變?yōu)镃mcm，這一轉(zhuǎn)變的產(chǎn)生是因?yàn)闃悠分须SCa缺陷

3、出現(xiàn)的Mn3+引起的Jahn-Teller效應(yīng)。XPS圖譜的分析證實(shí)了Mn3+隨著Ca缺陷而出現(xiàn)，樣品中確實(shí)存在一定量的Ca缺陷，其含量與預(yù)期值大致相符。同樣的，Bi3+摻雜的Ca3-xBixMn2O7(x=0.05，0.1，0.2和0.3)樣品也采用固相反應(yīng)法來(lái)合成。樣品的XRD精修結(jié)果表明，樣品的晶體結(jié)構(gòu)為正方晶格，空間點(diǎn)群為I4/mmm，這與Ca3Mn2O7一樣。隨著B(niǎo)i3+摻雜量x的增加，晶胞參數(shù)a逐漸增大而c逐漸減小，Mn-O

4、鍵的鍵角幾乎不變。
　　SQUID（超導(dǎo)量子干涉儀）被用來(lái)測(cè)量樣品的磁學(xué)性質(zhì)，測(cè)量結(jié)果表明:Ca缺陷的出現(xiàn)導(dǎo)致Ca2.96Mn2O7-d樣品在T=350 K處存在鐵磁性，Ca2.92Mn2O7-d樣品也在T=345 K處存在一個(gè)鐵磁性停頓，然而在Ca2.88Mn2O7-d樣品中卻沒(méi)有出現(xiàn)鐵磁相，這種特殊的磁性現(xiàn)象可以用雙交換機(jī)制和超交換機(jī)制來(lái)解釋。作為典型的層狀鈣鈦礦，其偽薄膜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致樣品中具有低維磁性，通過(guò)計(jì)算得出的交換積分J0

5、分別為25.4 K、22.6 K和19.7 K。當(dāng)T≤350 K時(shí)，Ca2.96Mn2O7-d和Ca2.92Mn2O7-d樣品都有磁受挫現(xiàn)象，Ca2.88Mn2O7-d的磁受挫消失溫度轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)=111 K，這一現(xiàn)象表現(xiàn)為樣品的ZFC和FC曲線分離。樣品中不存在飽和磁化強(qiáng)度，這證明樣品在低溫下具有傾斜排列的磁矩。對(duì)于Bi3+離子摻雜的Ca3-xBixMn2O7樣品，不管是ZFC態(tài)還是FC態(tài)下測(cè)量的磁化曲線，在樣品x=0.05和0.1樣品中