钙钛矿型铬基氧化物RE1-xCaxCrO3的制备及电磁特性探讨

摘要

本论文从晶体结构和电子轨道的相似性出发，提出并构建了具有超晶格结构的RE2CaCr3O9（RE0.67Ca0.33CrO3）。由于其晶格内Cr离子与高温超导材料YBa2Cu3O7(YBCO)晶格内的Cu离子的面内分布、杂化轨道及可能的热激发电子数相近或相同，RE2CaCr3O9的Cr-O面与YBCO的Cu-O面应该具有类似的基本能带结构，RE2CaCr3O9应该具有类似于YBCO的超导电性。本论文中的样品采用改进的溶胶凝胶法(Pechini法)来制备粉末前躯体，前躯体在700℃预烧2h，1000℃下烧结8h合成目标物质REl-xCaxCrO3。
　　不同温度下烧结的名义组分为La0.67Ca0.33CrO3样品的XRD结果表明，在我们的实验温度范围内，Ca取代La进入LaCrO3晶格主要是插入成相机制，样品应主要为超晶格的正交La2CaCr3O9相。样品的磁化率曲线结果表明其具有明显的抗磁性转变，且抗磁信号远远大于现有的普通抗磁性材料。这种抗磁性转变目前资料范围内，用超导转变理论来解释较为合适。名义组分为Lal-xCaxCrO3样品的XRD与磁化率曲线的结果表明:除可能存在正交的超晶格相La2CaCr3O9(x=0.33)外，还可能存在同样具有抗磁性转变的正交超晶格相La4CaCr5O15(x=0.2)和LaCaCr2O6(x=0.5)。实验中多晶样品的输运测量结果表明，La0.67Ca0.33CrO3，La0.8Ca0.2CrO3和La0.5Ca0.5CrO3均可能是高度电输运各向异性的材料，多晶样品的电阻信号主要来源于无序的晶界。La0.8Ca0.2CrO3的多晶样品在0T、1T下的电输运测量结果表明，晶界电阻在181K以下出现由晶粒抗磁性转变引起的负磁阻效应，并在金属半导体转变后出现高达500倍的电阻跳跃。如此大的电阻跳跃，目前资料范围内，用超导电子的隧穿效应来解释较为合适。Y，Sm元素完全取代La0.67Ca0.33CrO3中的La可能会形成超晶格的正交Y2CaCr3O9以及Sm2CaCr3O9相，从而表现出非常强的抗磁性。而Ce完全取代La0.67Ca0.33CrO3中的La不能形成超晶格的正交Ce2CaCr3O9，该样品中也没有出现抗磁性转变。这从另一方面说明，我们所有样品中抗磁性转变确实与超晶格结构有关。
　　综上所述，可能存在着具有抗磁性转变的超晶格材料如La2CaCr3O9、La4CaCr5O15、LaCaCr2O6、Y2CaCr3O9和Sm2CaCr3O9等。这些材料中的抗磁性转变在现有的文献资料范围内，用超导转变来解释相对比较合适，这些材料很可能是一系列新的高温超导材料。本论文的研究结果可以为新型超导材料的探索及高温超导机理的研究提供有益的参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 钙钛矿型氧化物的基本特性

1．2．1 晶体结构

1．2．2 电输运性

1．2．3 磁性

1．3 钙钛矿型铬基氧化物(RE1-xCaxCrO3)的研究现状

1．4 本论文的立题思想和主要研究内容

第2章 实验研究方案

2．1 实验方法和技术路线

2．2 实验所用化学原料及仪器设备

2．3 样品制备工艺

2．4 测试表征手段

2．4．1 物相分析

2．4．2 形貌分析

2．4．3 磁输运性能测量

2．4．4 电输运性能测量

第3章 热处理工艺对钙离子掺杂亚铬酸镧成相及磁性能的影响

3．1 烧结温度对钙离子掺杂亚铬酸镧成相及磁性能的影响

3．1．1 工艺参数

3．1．2 结果分析与讨论

3．2 不同保温时间组

3．2．1 工艺参数

3．2．2 结果分析与讨论

本章小结

第4章 掺杂量对钙离子掺杂亚铬酸镧结构与电磁性能的影响

4．1 实验设计

4．2 不同Ca2+掺杂量的名义组分La1-xCaxCrO3结果分析与讨论

4．2．1 掺杂量对钙离子掺杂亚铬酸镧晶体结构的影响

4．2．2 掺杂量对钙离子掺杂亚铬酸镧磁性能的影响

4．2．3 掺杂量对钙离子掺杂亚铬酸镧电输运性能的影响

4．3 x=0．33附近精确掺杂的名义组分La1-xCaxCrO3结果分析与讨论

4．3．1 掺杂量对钙离子掺杂亚铬酸镧晶体结构的影响

4．3．2 掺杂量对钙离子掺杂亚铬酸镧磁性能的影响

本章小结

第5章 钙离子掺杂亚铬酸镧、亚铬酸钇、亚铬酸铈和亚铬酸钐性能比较

5．1 实验设计

5．2 结果分析与讨论

5．2．1 钙离子掺杂亚铬酸镧、亚铬酸钇、亚铬酸铈和亚铬酸钐的晶体结构比较

5．2．2 钙离子掺杂亚铬酸镧、亚铬酸钇、亚铬酸铈和亚铬酸钐的磁性能比较

本章小结

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果