Fe掺杂多晶样品DyMn1-xFexO3的磁热效应和电性

采用传统的固相反应法制备DyMn_(1-x)Fe_xO_3多晶样品,通过测量了样品的磁化强度与温度的变化关系曲线(M-T)、磁化强度与温度的变化关系曲线(M-H)和电阻率与温度的变化曲线(ρ-T),对各组分下样品的磁性和电性进行了研究。研究结果表明,在低温区x=0和x=0.025样品表现为反铁磁态,而x=0.075样品在低温区ZFC曲线与FC曲线出现分叉,表现为铁磁反铁磁共存。分别在57,137和157 K以下观察到类Griffiths相,T_G温度以上样品都表现为顺磁特性。在外加磁场为7 T时磁熵变达到最大值,最大值分别为10,12,9 J/(kg·K)。最大制冷能力为320 J/kg(x=0.025)。综合磁熵变最大值及制冷能力数值来看,该材料可以作为磁制冷候选材料。通过对ρ-T曲线及ρ-T曲线的拟合曲线研究发现,系列样品均为半导体且加磁场后的电阻率高于零场下的电阻率,说明在低温处磁场有不利于电传导。系列样品在高温部分的导电方式均遵循小极化子的导电方式。     

双钙钛矿氧化物Pr(2-x)Tbx CoMnO6(x=0.00,0.05,0.10)的磁性研究

利用传统高温固相反应法制备了钙钛矿钴氧化物Pr_(2-x)Tb_xCoMnO_6(x=0.00,0.05,0.10)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)等对样品的晶体结构和磁性进行了研究.结果表明:系列样品Pr_(2-x)Tb_xCoMnO_6(x=0.00,0.05,0.10)呈现良好的单相性,空间点群为P2_1/n;由于Co~(2+)与Mn~(4+)之间的铁磁超交换相互作用和少量无序的Co~(3+)与Mn~(3+)之间的铁磁超交换相互作用,3个样品均出现两个铁磁转变点(T_(C1)和T_(C2)),观察到系列样品存在类Griffiths相,温度TT_G则为纯顺磁态;在T_(C2)-T_G之间属于顺磁-铁磁共存状态;在低温区(TT_N时),铁磁态与反铁磁态相互竞争,出现了自旋团簇玻璃行为;随着Tb的掺杂,T_(C1)、T_(C2)、T_N和T_G均下降。在测量温区内,随着温度的降低,3个样品均先后经历了纯顺磁态、顺磁-铁磁共存态、铁磁-反铁磁相互竞争的过程。     

Tb掺杂双钙钛矿氧化物Pr2CoMnO6的磁热效应

采用高温固相反应法制备双钙钛矿氧化物Pr_(2-x)Tb_xCoMnO₆(x=0,0.05,0.1,0.15)系列陶瓷样品,研究了Tb的掺杂量对Pr₂CoMnO₆样品的居里温度、磁熵变以及磁相变的影响。结果表明:系列样品Pr_(2-x)Tb_xCoMnO₆(x=0,0.05,0.1,0.15)的空间点群为单斜晶系P2₁/n,具有良好的单相性;该组样品均有两个磁转变点(T_C1和T_C2);随着Tb掺杂量的增加T_C1和T_C2均降低下降;在测量温区内,随着温度的降低4个样品均先后经历顺磁态、顺磁-铁磁共存态;该组样品在7 T外加磁场中的最大磁熵变值ΔS_M分别为-1.862、-1.779、-1.768和-1.766 J/(kg·K)。掺杂Tb元素使最大磁熵变值变小,但是拓宽了半高宽温区。结合RCP值可以判断,Pr_1.9Tb_0.1CoMnO₆比其他三个样品更具有作为高温区磁制冷材料的潜能;根据对Arrott曲线、重标定曲线以及Loop曲线的分析,该组样品在此阶段经历了一级相变。     

哈斯勒合金Ni_(44)Ag_6Mn_(38)Sn_(12)的马氏体相变及其磁性

使用熔体快淬法制备了Ni_(44)Ag_6Mn_(38)Sn_(12)合金样品,并通过X射线衍射仪和PPMS磁性测量,分析了合金样品的晶体结构和磁热效应。研究结果表明,在室温条件下合金样品的晶体结构为L21立方奥氏体型;通过热磁曲线可知,在220K附近合金样品出现马氏体相变;同时在室温附近存在居里温度为311K的顺磁态-铁磁态的二级磁相变。此外,由等温磁化曲线可知在马氏体相变附近磁化强度变化剧烈,根据Maxwell方程,合金样品在5T的外加磁场下,227K时最大磁熵变达到较高的11.38J/kg·K,相对制冷量同时达到113.8J/kg。     

相分离Gd_5Ge_4合金的低温磁化行为及温度依赖性研究

系统研究了Gd_5Ge_4合金的晶体结构和低温磁化行为.结果表明,Gd_5Ge_4具有相分离特征,低温下出现反铁磁(AFM)和铁磁(FM)共存现象.由于相分离的存在导致127K时发生奈尔反铁磁转变.在外磁场诱导下,在4.2K以下发生AFM-FM磁转变,并导致台阶式磁化现象发生,但仅发生在第一次外加磁场增加过程中,表现出磁不可逆性.随磁场升高,在10K以下体系存在类台阶式响应和不可逆的磁滞行为,并在5572kA/m下均达到饱和磁化.在温度50～60K温区,磁循环所出现的台阶式磁化转变则是完全可逆的,更高温区域则表现为部分铁磁直至室温下的顺磁特性.     

Gd-Co二元非晶及晶态合金的磁性和大磁热效应

通过熔体快淬制备了Gd59Co41、Gd56Co44非晶条带,并对Gd56Co44非晶条带进行588K、10min的晶化处理。利用X射线衍射仪(XRD)分析了合金的结构,通过综合物性测量系统(PPMS)研究了合金的磁性及磁热效应。结果表明,Gd59Co41和Gd56Co44非晶条带的初始晶化温度分别为523和544K;Gd56Co44非晶条带晶化处理后获得了Ho4Co3型六方单相。非晶态和晶态合金在居里温度附近都发生铁磁到顺磁的二级相变。随着Gd/Co比例的降低,Gd59Co41和Gd56Co44非晶合金的居里温度(TC)从198K提高到217K;晶化处理后Gd56Co44合金的居里温度为218K,与非晶态合金相比变化甚微。在ΔH=5T时,Gd59Co41和Gd56Co44非晶合金的最大磁熵变(-ΔSM)和制冷能力(RC)分别为7.7J/kg·K、525J/kg和6.6J/kg·K、544J/kg;而Gd56Co44晶态合金的最大磁熵变(-ΔSM)和制冷能力(RC)分别为5.6J/kg·K和528J/kg。大的磁熵变和制冷能力,几乎可以忽略的矫顽力和热滞/磁滞效应,表明Gd-Co二元非晶和晶态系列合金是200K温区附近一类具有潜在应用价值的磁制冷工质。     

Sr_(2-x)Ga_xFeMoO_6的磁学性能研究

采用固相反应法成功制备了双钙钛矿化合物Sr_(2-x)Ga_xFeMoO_6(x=0.00,0.03,0.05)。样品的X射线衍射图谱表明所有样品均为四方相结构,空间群为I4/m。通过样品的场冷曲线求得样品的居里温度分别为370、355、338 K。样品的低温磁化强度测量结果表明只需要很小的磁场就能使样品达到饱和状态。随着掺杂量的增加,样品的磁转变区间被扩宽。x=0.00样品的磁熵变最大值出现在居里温度附近,2.5T磁场下,最大磁熵变值为0.59 J/kg·K,相对制冷功率为68.88 J/kg。     

旋甩快淬带ErCoSi的各向异性磁热效应

磁制冷技术的关键在于磁热效应材料的发展。具有各向异性磁热效应的新型磁制冷材料可以用于旋转磁制冷技术而被广泛研究。研究了ErCoSi旋甩快淬带化合物的磁性、磁热效应及磁各向异性。在T_c=5.5 K处发生了铁磁(FM)到顺磁(PM)的二级相变。通过分析5 m/s-ErCoSi快淬带在磁场//和⊥横截面的两个方向的等温磁化曲线、磁熵变和磁制冷能力可知,在μ₀H=0～5 T的磁场变化时,磁场//和⊥快淬带横截面的最大磁熵变值-ΔS_M分别为17.5 J·kg^-1 k^-1和12 J·kg^-1 k^-1;制冷能力分别可达230 J·kg^-1和120 J·kg^-1.表明5 m/s-ErCoSi快淬带具有大的磁热效应和明显的磁各向异性,有望实现旋转样品磁制冷技术.     

Co0.525Fe0.475MnP化合物的室温磁热效应和磁电阻效应

采用多步骤固态烧结方法合成了具有单一Co₂P相的Co_0.525Fe_0.475MnP化合物,其反铁磁有序温度在室温附近。在升温过程中,这种化合物经历两个连续的磁转变：在285 K发生反铁磁到铁磁的一级相变,在375 K发生由铁磁到顺磁的二级相变。在0~5 T的外磁场中,两个相变点温度对应的最大磁熵变分别为1.1 J/(kg·K)(303 K)和-2.0 J/(kg·K)(383 K)。外磁场为零时,随着温度的降低电阻率曲线在铁磁到反铁磁转变温度附近出现极小值,是铁磁有序与反铁磁有序的竞争所致。在35 K再次出现的电阻率极小值,可归因于由Fe替代Co引起的自旋无序所导致的金属-绝缘体转变。在5 T磁场中磁电阻率的最大值对应温度为200 K时的-2.5%,在反铁磁温度以上磁电阻率迅速减小。这表明,这种化合物的磁电阻效应源于外磁场对反铁磁有序的影响。     

双钙钛矿氧化物La_(2-x)Sr_xNiMnO_6(x=0,0.15)的电磁特性研究

采用固相反应法制备了双钙钛矿锰氧化物La_(2-x)Sr_xNiMnO_6(x=0, 0.15)样品。XRD测试结果表明,两个样品成相良好,属于钙钛矿晶体结构;通过磁化强度随温度变化曲线(M-T)可判定Sr掺杂导致样品铁磁性减弱,反铁磁性增强,等温磁化曲线(M-H)可进一步证实这一结论;两个样品的磁滞回线、2K下的磁滞回线的放大图和拉曼光谱测试结果可以共同说明Sr的掺杂使得系统反位无序度和反位缺陷增大、反位无序之间的反铁磁耦合增强、反铁磁性反相边界增加;同时χ~(-1)-T曲线在居里温度附近向上背离居里-外斯定律情况有减弱的趋势,用反位缺陷与反铁磁耦合强度之间相对强弱关系的变化可以解释这一现象;掺Sr之后,LSNMO系统的FCC和FCW曲线不重合是一级相变的典型特征,用重标定曲线和Arrott曲线可以进一步证实这一现象;同时两样品的电阻率随温度变化结果表明La_(1.85)Sr_(0.15)NiMnO_6的金属-绝缘体转变温度降低、在0和2T下测得的电阻率之间的差值增大。     

RPdAl(R=Gd-Er)的磁性和磁热效应

低温退火的LTM-RPdAl和高温退火的HTM-RPdAl分别具有正交TiNiSi型和六角ZrNiAl型结构.综述了磁场和温度变化对LTM-RPdAl和HTM-RPdAl化合物磁性和磁热效应的影响.实验结果表明,LTM-RPdAl化合物均是反铁磁性的,当R=Gd,Tb,Dy,Ho,Er时,奈尔温度TN分别为31,45,21,10和10 K.对于HTM-RPdA1化合物,当R=Tb,Ho,Er时是反铁磁性的,TN分别为43,12和5K,而当R=Gd,Dy时是铁磁性的,其居里温度分别为Tc=49,25 K.反铁磁RPdAl化合物均呈现磁场诱导的反铁磁-铁磁变磁转变.对HTM-RPdAl(R=Ho,Er)化合物,由于弱的反铁磁耦合,在低磁场下呈现出高的饱和磁化强度,从而产生大的磁热效应,在0～5 T磁场变化下的最大磁熵变值和制冷能力分别高达20.6,24.3 J/kg·K和386,299 J/kg,是优异的低温磁制冷材料.     

Gd_5Ge_4中磁场温度诱导的磁结构相变研究

最近的研究表明,在低温低场时,Gd_5Ge_4的一级磁结构相变被阻止而进入一种磁玻璃态,即在反铁磁母体中随机分布着铁磁团簇.结合这一最新研究结果,通过对Gd_5Ge_4样品不同低温的磁场诱导的磁化强度进行两次循环测量,研究发现在不同条件下Gd_5Ge_4的磁结构相变存在可逆性与不可逆性,并结合磁玻璃态进行了分析讨论.验证了Gd_5Ge_4的等温磁化行为和结构变化的一致性,这为证明在磁和晶格之间存在耦合作用提供了直接的实验证据,揭示了一级磁结构相变对巨磁热效应的产生起了重要作用.     

La_(1-x)Pr_xFe_(11.206)Al_(1.794)(x=0、0.1、0.2、0.3)化合物的磁热效应研究

对La1-xPrx(Fe0.862Al0.138)13(x=0、0.1、0.2、0.3)化合物的磁性能进行了研究。该系列化合物在1223K下退火15天后,室温下表现为NaZn13型结构。升温过程中,该系列化合物经历从铁磁态到反铁磁态的一级磁性转变。随着Pr含量的逐渐增多,磁性转变温度逐渐升高,铁磁态下化合物的磁化强度增大。在2T外磁场下,La0.8Pr0.2Fe11.206Al1.794化合物升温过程中的最大磁熵变为-4.21J/kg·K,降温过程中的最大磁熵变为-4.39J/kg·K。     

B位的Fe掺杂对LaMnO3电磁特性的影响

通过测量样品的M-T曲线、ESR曲线、ρ-T曲线和MR-T曲线,研究了Fe掺杂(x=0.05,0.10,0.20,0.30,0.40)对LaMnO3磁电性质的影响.实验结果表明:随掺杂浓度的增加,体系的TC单调下降,所有掺杂样品均有铁磁-顺磁(FM-PM)相变,但均无金属-绝缘体(IM)转变.这些结果归因于Fe掺杂引起Fe3 与Mn3 之间的双交换作用和J-T畸变.     

(La0.6Dy0.1)Sr0.3MnO3的磁热效应研究

对庞磁电阻材料(La0.6Dy0．1)Sr0.3MnO3的磁热效应进行了研究．通过不同温度下的等温磁化(M-H)曲线的测量和计算，发现伴随铁磁-顺磁(PM—FM)相变出现大的磁热效应，额外的磁性交换作用将导致额外的磁熵变化．结果表明，(La0.6Dy0．1)Sr0.3MnO3可以作为室温下使用的磁制冷工质候选材料．     

Ni-S二元化合物的杂化微波合成及性能表征

采用可控温、通气氛的杂化微波加热技术,成功合成了Ni3S2、ε-NiS、δ-NiS和NiS2四种化合物.采用XRD和SEM对样品的物相和形貌进行了表征,结果表明此方法容易合成单相的Ni3S2,通过改变烧结条件可获得主相分别为ε-NiS和δ-NiS的样品,合成单相NiS2则比较困难.电磁测量和低温XRD衍射的结果表明,随着温度上升,δ-NiS在260K附近发生顺磁-反铁磁(金属-非金属)转变,同时晶体点阵参数a、c分别减小0.38％和1.4％,在相变温区表现负热膨胀性.Ni3S2单相样品显示顺磁金属性质.     

Cr取代亚铁磁性Mn_2Sb_(0.95)In_(0.05)合金的磁及磁热性能

磁制冷是一种利用材料的磁热效应进行制冷的新型制冷技术,相比于传统气体压缩制冷,因其绿色环保、高效节能等优点而备受关注。在众多磁相变合金材料中,人们对Mn_2Sb基亚铁磁相变合金研究甚少。文章研究了Cr取代Mn后亚铁磁性Mn_(2-x)Cr_xSb_(0.95)In_(0.05)(x=0.05,0.09,0.13)合金的磁性和磁热性能。室温XRD数据表明合金在室温附近以四角Cu_2Sb型结构为主相。由于反铁磁中有高磁响应,因此从XRD图谱中能观察到少量的铁磁MnSb杂相。随着温度的降低,在这些合金中,发生了亚铁磁到反铁磁的一级磁致弹性转变。同时,在亚铁磁区域观察到两个自旋重新取向转变。由于反铁磁-亚铁磁的转变过程中磁化强度突变,使得在Mn_(1.91)Cr_(0.09)Sb_(0.95)In_(0.05)合金中在0~10 k Oe的磁场变化中获得高达1.63 J/kg·K的大磁熵变。目前的研究可能有助于研究和开发新的磁性冷材料。     

La_(0.64)Ca_(0.28)Sr_(0.02)MnO_3材料的磁热性能

用溶胶-凝胶法制备了空位掺杂的La0.64Ca0.28Sr0.02MnO3材料样品,从结构,磁化曲线,磁相变等方面研究分析其具有大磁熵变的原因。在外加磁场1 T时,该样品磁熵变|ΔSM|达到3.01 J/(kg.K),居里温度TC为264 K。该样品低磁场下在室温附近有较强的制冷力,可作为良好的室温磁制冷材料。     

稀土ErCrO_3多铁性材料的结构与温度依赖的磁特性研究

系统研究了稀土ErCrO3铬氧化物的结构与磁特性,结果表明,室温下实验样品ErCrO3呈正交的单相结构(Pbnm群);从热磁曲线M-T结合不同温度下的磁滞回线结果发现,在T133K的高温区体系表现出典型的顺磁特性,其直流磁化率倒数随温度的变化很好地遵从居里-外斯定律,由此拟合可给出体系的有效平均磁矩μeff=10.57μB、顺磁居里温度Tcw=-30K。随温度降低,在133K以下样品呈现出弱铁磁的Г4(Fx)相,即铁磁相变温度为TN≈133K;当温度进一步降低到约20K,样品ErCrO3经历了从Г4(Fx)弱铁磁到反铁磁相Gy或Г1(0)的转变,并呈现出自旋重新取向特征;结合ErCrO3结构特征,这一温度依赖的复杂磁特性反映了Cr3+-Cr3+、Cr3+-Er3+和Er3+-Er3+离子之间的交换耦合作用。     

金属基外延石墨烯相图非谐效应探讨

考虑到原子的非简谐振动,建立了物理模型,应用固体物理理论和方法,研究了金属基外延石墨烯电子系统的可能状态和相图,并以钨基底上的外延石墨烯为例,探讨了原子非谐振动和电子排斥作用对相图的影响。结果表明,(1)金属基外延石墨烯电子系统有3种可能相:自旋波状态(BC)的反铁磁相、电荷密度态(BZ)的顺磁相和半金属态(PM)的半金属相;(2)外延石墨烯呈现的相,取决于石墨烯中原子内部电子关联U和原子间电子关联G的变化。对钨基外延石墨烯而言,当U=0.332 84 eV和G=0.119 04 eV时,会出现半金属相、反铁磁相、顺磁相三相共存;(3)原子的非简谐振动对金属基外延石墨烯的相图有重要的影响。不考虑原子非简谐振动时,外延石墨烯的相变曲线与温度无关;而考虑原子非简谐振动后,相变曲线不仅与温度有关,而且对发生相变的条件要求更高:原子内部电子关联U要更强。温度愈高,发生半金属-反铁磁-顺磁相变愈难,原子非简谐振动效应愈显著。