尖晶石結(jié)構(gòu)鐵氧體MxMn1-xFe2O4(M=Zn，Mg，Al)的磁有序和陽(yáng)離子分布研究.pdf

1、尖晶石結(jié)構(gòu)鐵氧體具有較好的應(yīng)用前景。例如，在磁制冷、微波器件、彩色影像、高密度存儲(chǔ)器件和磁流體中都有很好的應(yīng)用。因而近年來(lái)得到廣泛關(guān)注。尖晶石結(jié)構(gòu)鐵氧體的化學(xué)通式為(A)[B]2O4，較大的氧離子呈面心立方密堆積結(jié)構(gòu)，較小的陽(yáng)離子占據(jù)氧離子的間隙位置。間隙位置可以分為兩種:四面體(A)位和八面體[B]位，其中八面體[B]位間隙大于四面體(A)位間隙。傳統(tǒng)理論一般用超交換相互作用和雙交換相互作用來(lái)解釋磁性氧化物的磁有序問(wèn)題。截止到目前，對(duì)

2、于尖晶石結(jié)構(gòu)鐵氧體MxMn1-xFe2O4(M=Zn，Mg，Al)的探索雖有大量報(bào)道，但對(duì)其中陽(yáng)離子分布與材料磁性的關(guān)系還存在著爭(zhēng)議。
　　本文利用化學(xué)共沉淀方法制備了系列樣品ZnxMn1-xFe2O4(0.0≤x≤1.0)、MgxMn1-xFe2O4（0.0≤x≤1.0）和AlxMn1-xFe2O4(0.0≤x≤0.5)，利用室溫下的X射線衍射譜對(duì)樣品進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)表征，使用物理性質(zhì)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行磁性測(cè)量。用本課題組最新提出的

3、O2p巡游電子模型和量子力學(xué)勢(shì)壘模型對(duì)樣品中的陽(yáng)離子分布進(jìn)行了詳細(xì)的分析，給出其中陽(yáng)離子分布的詳細(xì)數(shù)據(jù)，解釋了樣品磁性與陽(yáng)離子分布的關(guān)系。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)所制備的MxMn1-xFe2O4(M=Zn，Mg，Al)三系列樣品均為單相立方尖晶石結(jié)構(gòu)，它們所屬的空間群是Fd3m;晶格常數(shù)a均隨著摻雜量x的增加而相應(yīng)減小;晶粒粒徑均大于100 nm，因此表面效應(yīng)的影響很小，在磁性研究中可不予考慮。
　　(2)分別在10K

4、和300K溫度下測(cè)得三系列樣品的磁滯回線，從而得到樣品的平均分子磁矩μexp，并發(fā)現(xiàn)三系列樣品的μexp隨摻雜量x的變化呈現(xiàn)出的不同趨勢(shì):樣品ZnxMn1-xFe2O4（0.0≤x≤1.0）的μexp隨x變化呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，在x=0.4時(shí)達(dá)到最大;而MgxMn1-xFe2O4（0.0≤x≤1.0）和AlxMn1-xFe2O4（0.0≤x≤0.5）兩系列樣品μexp隨x的增加近似呈現(xiàn)單調(diào)減小的趨勢(shì)。
　　(3)陽(yáng)離子分布受到

5、六個(gè)因素的影響。第一，陽(yáng)離子電離能和陰陽(yáng)離子間距;第二，電子云的泡利排斥能;第三，電荷密度平衡趨勢(shì);第四，電離度，即氧離子的平均化合價(jià)絕對(duì)值小于2，陽(yáng)離子化合價(jià)也小于傳統(tǒng)的化合價(jià)數(shù)值;第五，在Mn1-xFe2O4中，Mn3+(3d4)離子的磁矩與Mn2+(3d5)、Fe3+(3d5)和Fe2+(3d6)離子的磁矩反平行排列;第六，由于Zn，Mg和Al離子摻雜，導(dǎo)致陽(yáng)離子磁矩之間出現(xiàn)傾角，并且傾角隨摻雜量的增加而增大。
　　(4)對(duì)

6、于這三系列樣品而言，占據(jù)[B]位的Fe(Fe2+和Fe3+)離子和Mn2+離子的含量都超過(guò)了55％。這導(dǎo)致樣品磁矩的方向與[B]子晶格磁矩的方向保持一致。
　　(5)在樣品ZnxMn1-xFe2O4(0.0≤x≤1.0)中，當(dāng)x＜0.4時(shí)，隨著x的增加，在(A)位Zn2+離子含量增加的很快，這導(dǎo)致(A)子晶格磁矩的快速減小，樣品的總磁矩迅速增大。當(dāng)x＞0.4時(shí)，在[B]位Zn2+離子含量增加很快，導(dǎo)致[B]子晶格的磁矩快速減小，因