钙钛矿型氧化物Nd0.5Sr0.5MnO3及其掺杂体系结构和性能研究

摘要

本文采用固相反应法合成钙钛矿结构氧化物Nd0.5Sr0.5MnO3样品和Nd/Pr0.5Sr0.5Co1-xMnxO3(0≤x≤1)掺杂样品,利用X射线衍射和Rietveld法结构精修来分析晶体结构,测试了试样的磁性、电输运性能以及热学性能。结果表明:
　　 Nd0.5Sr0.5MnO3样品在室温下是正交晶系单相,空间群为Imma；当温度降低至T≈Tc时,样品发生由顺磁态向铁磁态的二级相变,热容量发生改变,表现出玻璃化的短时弛豫行为,衰减周期T0≈30 min；当T=TN≈TCO时,样品发生FM-AFM转变以及电荷有序转变,同时发生结构相变。样品的电阻率变化速率以及不同温度点的磁化曲线变化规律都表明,当T≤TN时,Nd0.5Sr0.5MnO3样品是CE型FM相和AFM相共存的电荷有序相；当温度降低至T≈5 K时,样品的热磁曲线上翘以及高场下磁化曲线M5K(H)大于M50K(H),这说明在低温时Nd3+磁有序排列。
　　 在掺杂体系Nd0.5Sr0.5Co1-xMnxO3(0≤x≤1)中,精修结果表明所有样品均为单相,属正交晶系,空间群为Imma。晶胞参数a、b、c,晶格平均扭曲率D和有效磁矩μeff随Mn含量x增加而增大,Co离子向高自旋态转变,并在x≥0.6时,Co离子都处于高自旋态。Mn替代Co,Mn-O-Co的反铁磁性超交换作用与Co3+-O2--Co4+的铁磁性双交换作用相互竞争破坏了金属导电行为,当x≥0.2时样品随着温度降低表现出半导体导电行为。
　　 Pr0.5Sr0.5Co1-xMnxO3(0≤x≤1)掺杂样品与Nd0.5Sr0.5Co1-xMnxO3(0≤x≤1)样品表现出几乎相同的性质,所不同的是:当x=0.4和0.6时,尽管样品也表现出亚铁磁性行为,但是样品的热磁曲线分别在T≈75 K和105 K突变,这与样品的微观磁结构变化有关。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.2.1 碱金属掺杂稀土锰氧化物

1.2.2 其它庞磁电阻材料

1.2.3 Nd/Pr0.5Sr0.5MnO3的研究现状

1.3 理论解释

1.3.1 双交换相互作用模型

1.3.2 超交换相互作用模型

1.3.3 电子-晶格相互作用

1.3.4 电子间的库仑相互作用

1.3.5 电荷/轨道有序相

1.4 研究内容和拟解决的问题

1.4.1 研究内容

1.4.2 拟解决的问题

第二章 基本实验方法简介

2.1 样品制备

2.2 物相表征方法与原理

2.2.1 多晶X射线粉末衍射(XRD)晶体结构测定原理

2.2.2 空间群以及晶胞中原子位置的确定

2.2.3 Rietveld全谱拟合法修正晶体结构

2.3 物性测量实验方法

2.3.1.超导量子干涉磁强计(SQUID)测量

2.3.2 差示扫描量热法(DSC)测量

2.3.3 四引线法电阻测量

2.3.4 扫描电子显微镜(SEM)

第三章 Nd0.5Sr0.5MnO3钙钛矿结构氧化物的结构与性能研究

3.1 引言

3.2 样品制备和实验方法

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 Nd0.5Sr0.5MnO3的晶体结构分析

3.3.2 Nd0.5Sr0.5MnO3的扫描电镜(SEM)分析

3.3.3 Nd0.5Sr0.5MnO3的电输运性能分析

3.3.4 Nd0.5Sr0.5MnO3的磁性能分析

3.4 本章小结

第四章 Nd0.5Sr0.5MnO3钙钛矿氧化物的弛豫问题研究

4.1 引言

4.2 样品制备与实验方法

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 Nd0.5Sr0.5MnO3样品的结构分析

4.3.2 Nd0.5Sr0.5MnO3样品的磁性能分析

4.3.3 Nd0.5Sr0.5MnO3样品的热性能分析

4.4 本章小结

第五章 Nd0.5Sr0.5Co1-xMnxO3(0≤x≤1)钙钛矿结构氧化物的结构和电磁性能研究

5.1 引言

5.2 样品制备和实验方法

5.3 实验结果与讨论

5.3.1 Nd0.5Sr0.5Co1-xMnxO3(0≤x≤1)样品的晶体结构分析

5.3.2 Nd0.5Sr0.5Co1-xMnxO3(0≤x≤1)样品的磁性能分析

5.3.3 Nd0.5Sr0.5Co1-xMnxO3(0≤x≤1)样品的电输运性能分析

5.4 本章小结

第六章 Pr0.5Sr0.5Co1-xMnxO3(0≤x≤1)钙钛矿结构氧化物的结构和电磁性能研究

6.1 引言

6.2 样品制备和实验方法

6.3 实验结果与讨论

6.3.1 Pr0.5Sr0.5Co1-xMnxO3(0≤x≤1)样品的晶体结构分析

6.3.2 Pr0.5Sr0.5Co1-xMnxO3(0≤x≤1)样品的磁性能分析

6.3.3 Pr0.5Sr0.5Co1-xMnxO3(0≤x≤1)样品的电输运性能分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文