稀土锰氧化物Nd_(0.5)Sr_(0.4)Ca_(0.1)MnO_3的磁性研究

通过XRD和SQUID研究了Nd_(0.5)Sr_(0.4)Ca_(0.1)MnO_3多晶样品的结构和磁性.研究结果表明,该样品单相性好,空间群为Pbnm,在高温区呈现顺磁性,随着温度降低出现了顺磁-反铁磁的转变,相变温度点-奈尔温度(T_N=200K),当温度低于200K时,铁磁与反铁磁两相共存,温度低于150K时铁磁逐渐消失,直到完全变为反铁磁.     

钙钛矿氧化物La0.3Ca0.7MnO3的磁性质

采用固相反应法制备了样品La0.3Ca0.7MnO3. 通过测量样品的M-T曲线、 M-H曲线和ESR曲线, 研究了La0.3Ca0.7MnO3的磁性质. 结果表明 在262 K时形成电荷有序相(CO相). 当T＞262 K时, 表现为顺磁;当T＜190 K时, 表现为长程反铁磁(在AFM本底中存在少量FM成分);从262～190 K(TCO), 随温度降低在电荷有序态下从顺磁向反铁磁转变.     

Pr_(0.4)Ca_(0.6)Mn_(1-x)Cr_xO_3的磁性质及电荷有序相

用固相反应法制备了Pr0.4Ca0.6Mn1-xCrxO3(x=0,0.04,0.06,0.08,0.10,0.12),通过X射线衍射(XRD)图谱,磁化强度-温度(M-T)曲线、电子自旋共振(ESR)图谱,并用ESR作出归—化强度-温度(I/I300—T)曲线、谱线宽度-温度(△Bpp-T)曲线,研究Cr3+替代Mn3+对Pr0.4Ca0.6MnO3的磁性质及电荷有序相的影响。结果表明,母体样品Pr0.4Ca0.6MnO3的电荷有序转变温度Tco=267 K,205K~62 K温区是长程反铁磁序,50 K以下在反铁磁背景下出现少量铁磁成分;Cr替代量x=0.06时,电荷有序相已基本被破坏,随温度降低材料从顺磁向反铁磁转变,同时在反铁磁背底下存在铁成分;Cr替代量达到x=0.10时,电荷有序相完全被破坏,250 K以下是反铁磁与铁磁混合相,铁磁成分增多。用有磁性的且与Mn4+有相同电子结构(t32ge0g)的Cr3+替代Mn3+破坏电荷有序相的机制是:Cr3+替代Mn3+引起自旋序的改变从而引起电荷序的破坏,说明在CE型反铁磁体系中,自旋序与电荷序之间存在强耦合相互作用。     

双层锰氧化物Nd1.2Sr1.8Mn2O7的相分离研究

通过固相反应法制备成了多晶样品Nd1.2Sr1.8Mn2O7,利用XRD和SQUID研究了样品的结构和磁性.研究结果表明,该样品的单相性很好,单相结构为Sr3Ti2O7四角形结构(14/mmm).磁性测量表明,温度高于居里温度(Tc=265K),样品呈现出顺磁性,随着温度的降低出现了顺磁-铁磁的转变,铁磁与反铁磁两相共存,温度低于50 K时铁磁逐渐消失,直到完全变为反铁磁.     

钙钛矿锰氧化物Nd_(1.2-x)Tb_xSr_(1.8)Mn_2O_7(x=0,0.10,0.15)的类Griffiths相研究

采用固相反应法制备了Nd_(1.2-x)Tb_xSr_(1.8)Mn_2O_7(x=0,0.10,0.15)系列多晶样品,通过样品的XRD谱线,磁化强度随温度、外加磁场的变化曲线(M-T、M-H)等研究样品的晶体结构和磁性。研究结果表明,随掺杂量的增加,样品的结构没有发生明显变化,均为单相的Sr_3Ti_2O_7型四方结构,空间群为I4/mmm。在测量温度范围内,随温度的降低,三个样品分别先后经历了顺磁态、铁磁-顺磁共存态和反铁磁-铁磁共存态的转变。三样品体系中均存在类Griffiths相,在类Griffiths相温度(T_G≈275 K)以上,样品处于顺磁态;在类Griffiths相温区(θT275 K,其中θ为居里温度)范围内,样品处于铁磁-顺磁共存态;在奈尔温度(T_N)以下,样品铁磁性减弱,反铁磁性增强,铁磁和反铁磁性相互竞争导致类自旋玻璃行为出现。此外Tb元素的掺杂对系统中类Griffiths相温度基本没有影响,但对类Griffiths相温区有一定影响。     

钙钛矿锰氧化物La_(1.1)Dy_(0.1)Sr_(1.8)Mn_2O_7样品的磁性研究

采用传统固相反应法制备La1.1Dy0.1Sr1.8Mn2O7多晶样品,并通过测量样品的磁化强度随温度变化曲线(M-T)以及磁化强度随外加磁场的变化曲线(M-H)对样品的磁性进行了研究。结果表明,在整个温度测量范围内,随温度的降低,样品的磁性发生了多次转变,在类Griffiths相温度(TG≈350 K)以上,样品处于纯顺磁态;在三维铁磁有序温度T3D(≈187 K)至TG温度范围内,样品处于铁磁-顺磁共存态;在奈尔温度TN(≈165 K)至T3D温度范围内,样品的铁磁性随着温度的降低逐渐增强;在TN温度以下,样品的反铁磁性增强而铁磁性减弱,表现出了反铁磁和铁磁相互竞争的现象。另外,通过居里外斯拟合以及Griffiths相模型拟合,发现样品在TG以下存在类Griffiths相。     

钙钛矿锰氧化物La_(1.2-x)Tb_xSr_(1.8)Mn_2O_7(x=0,0.05)的磁熵变和电输运性质研究

采用传统固相反应法制备钙钛矿锰氧化物La_(1.2-x)Tb_xSr1.8Mn2O7(x=0,0.05)多晶样品,通过测量样品的磁化强度与温度关系曲线(MT)和磁化强度与外加磁场关系曲线(M-H)对两样品的磁熵变研究发现:在整个温度测量区间内,x=0和x=0.05两样品在高温部分均表现出顺磁性;随着温度的降低,两样品分别在245和225 K处发生了二维短程铁磁有序转变(T_C~(2D));在120和70 K处发生了三维长程铁磁有序转变(T_C~(3D));在低温部分,两样品均表现出团簇自旋玻璃行为。x=0样品在T_C~(3D)附近的磁相变为一级相变,x=0.05样品为二级相变,两样品的磁熵变曲线的对称性良好,且在外场2 T下两样品在T_C~(3D)附近出现的最大磁熵变值分别为:2.17和1.60 J·(kg·K)~(-1),因此两样品有利于应用在埃里克森磁制冷循环中。此外,通过测量零场下电阻率与温度关系曲线(ρ-T)对两样品的电输运性质研究发现:x=0样品和x=0.05样品分别在96和93 K处发生了绝缘-金属转变(T_P),对T_P以上的ρ-T曲线拟合表明,两样品在高温部分均遵循三维变程跳跃的导电方式,Tb3+离子的掺杂没有改变高温区的导电方式。     

钙钛矿锰氧化物La0.3Ca0.7Mn0.96W0.04O3在电荷有序相中的磁性质

采用固相法制备了样品La0.3Ca0.7Mn0.96W0.04O3. 通过测量样品的M-T曲线、 M-H曲线和ESR曲线, 研究了La0.3Ca0.7Mn0.96W0.04O3的磁性质. 结果表明： 在265 K时形成电荷有序相（CO相）. 当T＞265 K时, 表现为顺磁;当T＜225 K时, 表现为长程反铁磁（在AFM本底中存在少量FM成分）, 形成少量FM相与AFM/CO相共存;从265～225 K, 随温度降低在电荷有序态下从顺磁向反铁磁转变. 测量了La0.3Ca0.7Mn0.96W0.04O3样品的ESR谱线宽, 样品的顺磁共振线宽ΔHPP的值随着温度的降低是增加的, 表明随着温度的降低样品的铁磁关联增强.     

钙钛矿锰氧化物(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7的磁性和电输运性的研究

采用传统固相法制备钙钛矿锰氧化物(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7多晶样品。通过XRD表明,样品(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7呈现单相性良好;通过对磁化强度随温度变化(M-T)、磁化强度在不同温度下随磁场变化曲线(M-H)和电子自旋共振ESR谱线表明,随着温度的升高,样品先后经历了三维长程铁磁有序转变点(T_C~(3D)≈75 K)和二维短程铁磁有序转变点(T_C~(2D)≈227 K),在T_C~(3D)与T_C~(2D)之间,系统处于铁磁与顺磁混合态;当温度达到360 K系统进入纯顺磁态,另外样品在低温区(T_C~(3D)以下)出现类团簇自旋玻璃特征。通过磁电阻随温度变化的ρ-T曲线,在T≈84 K附近,样品出现最大磁电阻。而且通过对(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7的ρ-T曲线拟合,得到样品在高温区域的导电方式为热激活模型。     

双层钙钛矿锰氧化物Nd_(1.15)Tb_(0.05)Sr_(1.8)Mn_2O_7的磁性和电性研究

采用传统固相反应法制备双层锰氧化物Nd1.15Tb0.05Sr1.8Mn2O7多晶样品,通过测量样品的X射线衍射谱、磁化强度随温度变化曲线(M-T曲线)以及电阻率随温度变化曲线(ρ-T曲线),对其磁性和电输运性质进行了研究。结果表明,样品随温度的升高先后经历了四个磁转变点:奈尔温度点(TN≈50 K)、电荷有序温度点(TCO≈67 K)、居里温度点(TC≈107 K)和类Griffiths温度点(TG≈275 K)。在低温部分样品处于反铁磁-铁磁共存态,表现出了团簇自旋玻璃行为;在TC到TG温度范围内,样品处于铁磁-顺磁共存态,即存在类Griffiths相;在TG温度以上,样品处于纯顺磁态。其电输运性质表明,随温度的升高,样品的磁电阻率降低,没有发生金属-绝缘转变。通过对115 K~300 K温度范围内的ρ-T曲线拟合发现,样品在高温部分基本遵循三维变程跳跃的导电方式。     

钙钛矿锰氧化物Pr_(0.5-x)Gd_xSr_(0.5)MnO_3(x=0,0.1)的磁转变行为

用半径较小的Gd~(3+)替代Pr~(3+),制备出多晶样品Pr_(0.5-x)Gd_xSr_(0.5)MnO_3(x=0,0.1),对样品进行了结构和磁性的分析。结果表明,样品的单相性很好。通过超导量子磁强计(SQUID)对其磁性进行测量可知,随着温度的降低样品都经历了两次磁转变,从高温顺磁态转变为中间铁磁态最后在低温下转变为反铁磁态,并且在T_(2D)与T_(3D)之间,样品呈现顺磁铁磁混合态。通过对比发现,掺Gd后导致样品的居里温度降低,奈尔温度升高。     

La0.45Ca0.55MnO3电荷有序态下的磁电性质和再入型自旋玻璃行为

通过电阻率-温度(temperature dependence of resistivity,ρ-T)曲线、磁化强度-温度(temperature dependence of magnetization ,M-T)曲线、ESR谱线的测量,研究了La0.45Ca0.55MnO3样品的电磁特性.结果表明,样品在整个测量温区呈现绝缘体行为,输运机制满足可变程跃迁模型.样品存在电荷有序(charge ordering,CO)相,相变温度TCO≈240K,并随温度降低发生顺磁(paramagnetism,PM)→电荷有序(CO)→反铁磁(antiferromagnetism,AFM)变化.值得注意的是,由于样品低温下存在多种复杂的磁相互作用,在40K发生自旋玻璃转变,表现为再入型自旋玻璃行为.     

掺杂Nd的锰氧化物Nd0.5Sr0.3Ba0.2MnO3的电子自旋共振研究

通过固相反应法合成了Nd0.5Sr0.3Ba0.2MnO3多晶样品,通过粉末X射线衍射(XRD)、超导量子磁强计(SQUID)和电子自旋共振谱仪(ESR),对样品的结构和磁性进行了研究.XRD检测结果发现样品为单相,空间群为Pbnm.磁性测量和ESR结果表明,在居里温度以上,样品呈顺磁性且ESR谱表现为单一的洛伦兹峰.在降温过程中,样品经历了铁磁有序转变(TC=250K)、电荷有序转变(TCO=190K)和反铁磁转变(TN =120 K).     

Pr_(0.3)Gd_(0.2)Sr_(0.5)MnO_3多晶体系中的磁相变

通过高温固相反应法制成多晶样品Pr_(0.3)Gd_(0.2)Sr_(0.5)MnO_3,并对样品进行了结构和磁性的分析。结果表明,样品的单相性很好。采用超导量子磁强计(SQUID)和电子自旋共振仪(ESR)测量样品磁性可知,随着温度的降低样品经历了两次磁相变,从高温顺磁态转变为中间铁磁态最后在低温下转变为反铁磁态。并且在TC1与TC2之间,样品呈现顺磁铁磁混合态,说明有类似Griffiths-like phase存在,这是由于淬态无序引起样品结构的内部不均匀性。     

Dy替代Y对Y_(1-x)Dy_xCrO_3体系磁性质的影响

用固相反应法制备了Y1-xDyxCrO3(x=0,0.1)多晶样品。通过X射线衍射(XRD)图谱检测了样品的结构,测量了样品的磁性,作了磁化强度-温度(M-T)曲线、磁化强度-磁场(M-H)曲线,研究了Dy3+替代Y3+对Y1-xDyxCrO3体系磁性质的影响。结果表明,Dy3+替代多铁性YCrO3中的Y3+对YCrO3的磁性有效大影响。YCrO3在奈尔温度TN=139 K以下呈倾角反铁磁,显示弱铁磁性;Dy3+替代Y3+后的Y0.9Dy0.1CrO3样品,在50 KT142 K温区,少量Dy3+在两相邻Cr3+产生的倾角反铁磁内场作用下沿内场反方向排列,使铁磁性减弱;在T50 K温区,Dy3+-O2--Dy3+层的铁磁性与Cr3+-O2--Cr3+层的铁磁性耦合,铁磁性增强。     

Tb3NiSi2合金磁相变与磁热性能研究

依据X射线衍射(XRD)与等温磁化曲线和等磁场变温磁化曲线,主要研究了Tb₃NiSi₂合金相结构与磁性相变和磁热性能。XRD表明,采用800℃保温14天,然后炉冷至室温的热处理方法制备的R3NiSi2(R=Tb,Dy,Ho,Er)合金中,主相均为Gd3NiSi2型正交结构(空间群:Pnma,No.62)相,但杂相R5Si3含量存在差异,其规律是从Er到Tb,含量依次减少,Tb₃NiSi₂合金样品基本为一个单相,其相应晶格常数分别为a=1.1240(8)nm,b=0.41009(8)nm,c=1.12058(1)nm。等温磁化曲线显示在50~300 K温度范围内,Tb₃NiSi₂合金仅展现出铁磁-顺磁相变,并没有在130,82,66,53 K等观察到相关文献报道的多重的反常反铁磁态-铁磁态(AFM-FM)相变。0.01 T磁场下的磁化强度对温度求导曲线(d M/d T)和0~2 T磁场下的Arrott图结果证实合金铁磁-顺磁二级磁相变居里温度(Tc)=88 K。居里外斯定理拟合表明合金中Tb³⁺粒子的有效磁矩为9.90μB(μB为玻尔磁子),同期望值μeff/Tb³⁺=g(J(J+1))1/2=9.72μB基本一致。在磁热性方面,Tb₃NiSi₂合金在0~2 T磁场范围内,低场响应性较差,铁磁态分子的有效磁矩远低于顺磁分子有效磁矩,最大磁熵变(-ΔSM_max)为3.2 J·kg^-1·K^-1;在对应的半高宽温跨(δTFWHM)=35.5K范围内,相对制冷量为113 J·kg^-1。     

Tb_(0.3)(Dy_(1-x)Pr_x)_(0.7)Fe_(1.96)(0≤x≤0.6)化合物的结构、磁化强度和磁致伸缩性能

分别利用电弧炉法和籽晶引导生长的区熔法制备了Tb0.3(Dy1-xPrx)0.7Fe1.96(0≤x≤0.6)化合物的纽扣锭样品和定向凝固棒状样品。对于纽扣锭样品,利用X射线衍射(XRD)测量样品的结构,带能谱分析功能的电子扫描显微电镜(SEM-EDS)分析其物相组成,振动样品磁强计(VSM)测试其磁化强度σ。对于定向凝固样品,利用XRD测量其部分样品取向,标准电阻应变计测试样品在低场下的磁致伸缩性能λ。测试结果表明,随着Pr元素的添加,化合物的结构发生了变化。当x0.3,化合物的主相为REFe2相和少量富稀土相。当x=0.3时,REFe3相开始出现。至x=0.6时,REFe3相成为化合物的主相。化合物的磁化强度则从x=0.1时的71.28 A·m2·kg-1,逐步下降到x=0.6时的13.47 A·m2·kg-1,分析认为是组成化合物的各物相的比例发生变化及物相的磁学性质不同所导致的。定向凝固样品的取向随着Pr含量增加而发生变化,表明TbDyPrFe化合物的定向凝固工艺需要根据具体的Pr含量而进行制定。添加了Pr元素后,化合物仍然具有较大的磁致伸缩性能。在2 MPa压力、80 kA·m-1磁场下,x=0.1的样品,λ值达到483.2×10-6。而随着Pr元素的进一步添加会引起化合物晶格常数与物相组成的变化,导致样品的λ值发生下降。     

钙钛矿化合物SrFe_(1-x)Cu_xO_(3-δ)(0≤x≤0.3)的制备及磁性

采用溶胶-凝胶法制备钙钛矿结构化合物Sr Fe1-xCuxO3-δ(0≤x≤0.3)的多晶样品,通过X射线衍射(XRD)结合Rietveld结构精修方法研究该化合物的晶体结构,并使用物性综合测量系统(PPMS)研究其磁性能。精修结果表明掺Cu可使样品发生结构转变,x=0的样品为I4/mmm点群的正方结构,而x=0.1,0.2,0.3的样品均为Pm 3 m点群的立方结构,晶格常数随Cu含量的增加而减小。磁性测量的结果表明Cu含量越高,造成铁磁和反铁磁相互作用的竞争越激烈,形成自旋玻璃态;x=0.1,0.2,0.3的样品转变温度低于x=0的样品,但随Cu含量增加,x=0.1,0.2,0.3的样品转变温度逐渐升高;随Cu含量增加,Fe/Cu位的有效磁矩减小。     

Co替代Mn对Pr_(0.6)Ca_(0.4)MnO_3磁性质及电荷有序的影响

用固相反应法制备Pr_(0.6)Ca_(0.4)Mn_(1-x)CoxO_3(x=0,0.02,0.04,0.06)系列多晶样品。通过X射线衍射(XRD)图谱检测样品的结构,通过零场冷(ZFC)和加场冷(FC)的磁化强度-温度(M-T)曲线,电子自旋共振(ESR)图谱,研究Co替代Mn对Pr_(0.6)Ca_(0.4)Mn O_3磁性质及电荷有序相的影响。结果表明:母体样品的宏观磁性质随温度的变化而发生多重变化,在238 K出现电荷有序相,TCO=238 K,200~173 K温区的ZFC曲线出现一个平台,173 K为Neel温度,即T_N=173 K,在40 K附近ZFC曲线出现一个尖峰,样品出现自旋玻璃态,自旋玻璃态转变温度T_f=40 K。Co替代Mn对Pr_(0.6)Ca_(0.4)Mn O_3的磁性质及电荷有序相影响明显,所有掺Co样品都没有表现出电荷有序特征,随温度降低从顺磁向铁磁/反铁磁混合相转变。Co替代Mn对电荷有序的破坏非常容易,当Co替代量x=0.02时电荷有序相被完全融化。Co替代Mn对电荷有序相的破坏之所以容易,是因为用非Jahn-Teller(JT)离子Co~(3+)替代JT离子Mn~(3+),削弱了Jahn-Teller畸变,间接证明Jahn-Teller电-声子相互作用是产生电荷有序的主要原因。     

钙钛矿钴氧化物La_(0.5-x)Nd_xSr_(0.5)CoO_3(x=0,0.1,0.15)的磁性

采用传统的固相反应法制备了La_(0.5-x)Nd_xSr_(0.5)CoO_3(x=0,0.1,0.15)多晶样品,并通过磁化强度与温度的变化曲线(M-T曲线)和磁化强度与外场的变化曲线(M-H曲线)对其磁性进行了研究。研究结果表明,随着温度的降低三个样品的磁性都先后经历了顺磁、铁磁和反铁磁转变。掺杂量x的增加使得系统的居里外斯温度逐步上升(θ_(x=0)≈215 K;θ_(x=0.1)≈226 K;θ_(x=0.15)≈242 K),这表明Nd~(3+)掺杂使系统内部的铁磁耦合增强。通过对磁化率倒数与温度的变化曲线的拟合,发现三个样品都出现了向上背离居里外斯定律的现象,这种背离是由于系统内部反铁磁相互竞争所致。因此,三个样品均不具有类Griffiths相。另外,通过对高温部分的实验测量与理论计算发现,Co~(4+)的自旋态随着掺杂量x的增加逐渐由低自旋态向中间自旋态过渡。