氧含量对层状钴氧化物LnBaCo2O5+δ(Ln=Nd,Gd)电磁学性质的影响

摘要

层状钴氧化物LnBaCo2O5+δ（Ln表示稀土元素）具有许多丰富的物理现象，自上世纪九十年代以来一直是广大科技工作者关于过渡金属氧化物的重点研究对象。其中δ变化导致氧离子及其空位在LnOδ层中有序排列。本文利用固相法合成了系列LnBaCo2O5+δ多晶样品，通过XRD表征证明其为纯相，并通过不同条件的热处理得到了不同氧含量的NdBaCo2O5+δ(Ln=Nd, Gd)样品。本文采用改进的碘量法精确测定样品氧含量，对系列LnBaCo2O5+δ(Ln=Nd, Gd)磁化强度及电阻率曲线进行了测试并作出分析。
　　本文通过改进碘量法精确测定了系列 LnBaCo2O5+δ样品的氧含量，结果显示相同合成条件得到的样品 Ln3+半径越大其δ值越大；不同条件的热处理实现了LnBaCo2O5+δ氧含量的广泛调节。系列 GdBaCo2O5+δ磁化强度随温度变化曲线 M(T)表明在LnBaCo2O5+δ材料中广泛存在连接发生的PM-FM-AFM转变，GdBaCo2O5.48磁化曲线居里—外斯拟合结果符合 Co3+离子处于低、中间自旋态的数量比为1:1的理论分析，Co3+两种自旋态正好对应着交替排列的CoO5、CoO6两种不同配位环境。样品磁化强度ZFC和FC曲线明显分叉说明其具有热磁不可逆性，但未表现出自旋玻璃态的磁学特征。样品TN受温度、磁场及δ显著影响，表明FM-AFM转变是由磁性钴离子自旋有序阵列间重新相对取向的变磁性转变；GdBaCo2O5+δ样品TN随δ变化无明显改变，表明FM有序主要来自磁性Co3+间超交换作用。样品δ值在0.5上下变化导致 Co2+/Co3+、Co3+/Co4+混合价态，形成不同磁相互作用的微小尺度区域将显著影响样品的磁性转变特征。NdBaCo2O5+δ样品磁性转变温度等特征与 GdBaCo2O5+δ样品存在明显差异，可能是由于不同 Ln3+改变磁性钴离子间交换作用键角键长及影响氧离子分布形成相分离等原因导致。
　　氧含量靠近δ=0.5的样品电阻率随温度变化曲线斜率在TC以上发生类似金属—绝缘体转变，但变化幅度很小。系列 LnBaCo2O5+δ样品低温下电阻率服从VRH模型，表明样品中载流子通过定域态间的跳跃实现传导。样品中氧含量δ＞0.5掺入空穴显著减小电阻率；而样品中由于电子掺杂可能形成微观绝缘态及自旋阻塞等原因，导致δ＜0.5时低温电阻率反而增大。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 稀土层状钴氧化物简介

1.3 国内外在该方向的研究现状

1.4 本课题的研究内容及意义

第2章 LnBaCo2O5+δ的制备与表征

2.1 LnBaCo2O5+δ的制备

2.2 LnBaCo2O5+δ样品XRD测试与分析

2.3样品热处理及XRD分析

2.4 本章小结

第3章LnBaCo2O5+δ氧含量的测定

3.1 钴氧化物氧含量测定方法

3.2氧含量测定

3.3 LnBaCo2O5+δ氧含量影响因素

3.4 本章小结

第4章 氧含量对GdBaCo2O5+δ电磁学性质的影响

4.1 引言

4.2 氧含量对GdBaCo2O5+δ磁性特征的影响

4.3 GdBaCo2O5+δ低温电阻率测试与分析

4.4 本章小结

第5章 氧含量对NdBaCo2O5+δ电磁学的影响

5.1 δ对NdBaCo2O5+δ电输运性质的影响

5.2 NdBaCo2O5+δ磁化曲线随δ变化特征及分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢