幾種鈣鈦礦型3d過渡金屬氧化物低溫磁性的研究.pdf

1、由于電荷、軌道、自旋和晶格之間的相互耦合以及各種相互作用的競(jìng)爭(zhēng)，鈣鈦礦型3d過渡族金屬氧化物表現(xiàn)出豐富的電磁性質(zhì)，給人們展現(xiàn)出電荷有序、磁有序、玻璃態(tài)、金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變、自旋態(tài)轉(zhuǎn)變等有趣的物理現(xiàn)象。這些不僅在科學(xué)研究上而且在實(shí)際應(yīng)用上也具有相當(dāng)?shù)膬r(jià)值，因而成為現(xiàn)今凝聚態(tài)物理學(xué)界的研究熱點(diǎn)。然而，人們基于體系中各種磁性相互作用競(jìng)爭(zhēng)的理論，對(duì)鈣鈦礦型3d過渡金屬氧化物中的奇特磁性行為的認(rèn)識(shí)還不夠深入，許多問題亟待解決，如，典型的自旋玻璃行為

2、是否普遍地存在于三維鈣鈦礦鈷氧化物以及準(zhǔn)二維的K2NiF4型鈣鈦礦鈷氧化物中；一些表征手段證實(shí)了體系的相分離特性，但在運(yùn)用相分離理解K2NiF4型鈣鈦礦鈷氧化物性質(zhì)上還有差異；從相分離觀點(diǎn)出發(fā)探索鈣鈦礦鈷氧化物中的一些新的磁學(xué)性質(zhì)，還有很多值得挖掘的地方；在磁矩的來源僅局限于3d過渡族金屬離子的鈣鈦礦氧化物中，體系不僅表現(xiàn)出磁化翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象還表現(xiàn)出交換偏置效應(yīng)，其起源的物理機(jī)制以及相應(yīng)的應(yīng)用途徑等有待探討。本論文主要圍繞3d過渡族Co、F

3、e、Cr元素的鈣鈦礦氧化物對(duì)上述問題進(jìn)行了研究和分析，具體內(nèi)容歸納如下：
　　采用相分離模型解釋了三維鈣鈦礦鈷氧化物中自旋玻璃的起源。盡管體系在低溫時(shí)釹磁子晶格和鈷磁子晶格之間存在反平行排列，但直流、交流磁化率的測(cè)試分析以及弛豫動(dòng)力學(xué)研究表明，Nd0.85Sr0.15CoO3樣品表現(xiàn)出典型的自旋玻璃行為?；隗w系中鈷離子之間競(jìng)爭(zhēng)的磁性相互作用，對(duì)樣品中典型的自旋玻璃行為以及交換偏置現(xiàn)象采用相分離模型對(duì)其進(jìn)行了合理的解釋，并根據(jù)組態(tài)

4、相空間理論進(jìn)行了深入的分析。
　　探討了具有K2NiF4型結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)二維鈣鈦礦La0.7Sr1.3CoO4的磁動(dòng)力學(xué)行為。與三維鈣鈦礦鈷氧化物不同，準(zhǔn)二維的La0.7Sr1.3CoO4樣品在高溫時(shí)表現(xiàn)出團(tuán)簇玻璃的特征而在低溫時(shí)呈現(xiàn)出類自旋玻璃的行為。在單一化合物中出現(xiàn)兩種不同的玻璃行為以及動(dòng)力學(xué)協(xié)作過程，在磁性材料研究中并不常見。這歸結(jié)于，在K2NiF4型鈣鈦礦鈷氧化物中除去不同價(jià)態(tài)鈷離子之間競(jìng)爭(zhēng)的磁性相互作用，三價(jià)鈷離子自旋態(tài)的轉(zhuǎn)

5、變還對(duì)其動(dòng)態(tài)相分離起到調(diào)制性的作用。
　　研究了Ln0.8Sr1.2CoO4（Ln=La，Nd，Gd）體系的結(jié)構(gòu)與磁性、電輸運(yùn)之間的關(guān)聯(lián)。在Sr位引入不同離子半徑的稀土Ln3+離子后，隨著體系中A位平均離子半徑的減小，其晶胞參數(shù)逐漸減小，Jahn-Teller畸變?cè)龃?，同時(shí)，體系的鐵磁性被抑制而反鐵磁性逐漸增強(qiáng)。電輸運(yùn)性質(zhì)表明體系在整個(gè)溫區(qū)具有半導(dǎo)體的特征。相比于相應(yīng)三維鈣鈦礦鈷氧化物，該體系的電阻率較高，這歸結(jié)于體系中Co-O-

6、Co的二維結(jié)構(gòu)以及Co3+離子中間自旋態(tài)的穩(wěn)定。
　　探討了在B位具有兩種不同3d過渡族金屬元素鈣鈦礦氧化物中的磁化翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象以及物理機(jī)制。采用高溫固相反應(yīng)法制備了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的YFe0.5Cr0.5O3樣品，直流磁化強(qiáng)度測(cè)試表明該樣品具有磁化翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，且其補(bǔ)償溫度在目前的報(bào)道中較高（Tcomp=248K）。YFe0.5Cr0.5O3體系中的磁化翻轉(zhuǎn)歸結(jié)于單個(gè)離子磁各向異性與DM相互作用之間的競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí)，樣品還具有正常和反常的磁熱效應(yīng)