准二维锰氧化物Sr7Mn4O15磁学与介电性质研究

摘要

锰氧化物是强关联电子体系中重要的研究对象。其表现出的巨大磁阻效应、多铁性质以及奇特的电子和轨道有序态都极大地拓展了人们对电子关联作用的理解。然而，已有的研究多集中于钙钛矿结构，而对拥有其他结构的锰氧化物却缺乏深入研究。在本文中，我们利用磁化率、电子顺磁共振和介电谱手段对非钙钛矿结构Sr7Mn4O15的磁学性质、介电性质以及磁电耦合性质进行研究。
　　 Sr7Mn4O15拥有共面氧八面体Mn2O9基本结构单元，单元间在bc面内通过一个氧原子相互连结，形成准二维结构。我们的研究表明，Sr7Mn4O15的结构特征在其磁学性质上有明显反映。对于低维体系，在磁转变温度之上，通常存在强烈的短程有序，这在Sr7Mn4O15磁化率测量中表现为转变峰的展宽。利用低维系统自旋关联函数的温变特征，我们从磁化率曲线中确定了Sr7Mn4O15的长程有序转变温度TN=70.5 K，这与中子散射给出的75 K结果是一致的。
　　 在室温之下，虽然Sr7Mn4O15表现出居里外斯行为，但拟合所得有效磁矩相对Mn4+离子明显偏大。尽管这种偏差可以利用Mn2O9单元内锰离子磁矩在高温下反平行排列获得解释，但迄今并无对此图象的直接实验支持。在本文中，我们利用电子顺磁共振技术，对Sr7Mn4O15高温下的弛豫性质进行研究。结果表明，在370 K附近，吸收峰强和峰宽均表现出异常行为，与Mn2O9中锰离子磁矩在高温下反平行排列的图像是吻合的。这为该图像提供了直接的实验支持。
　　 Sr7Mn4O15良好的绝缘性使我们可以准确地研究其介电性质。测量发现，在磁转变温度处，Sr7Mn4O15介电常数突然降低，表明体系中存在较强的磁电耦合作用。依据磁电耦合的对称性依赖关系，我们对该效应进行自由能唯象分析。结合已有的实验结果，我们对该效应的微观机理进行了讨论。我们认为，磁转变温度处的交换收缩效应可能是导致介电突变的主要原因。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 介电、铁电与磁电耦合

1．2 多铁体系

1．2．1 磁电异源型多铁

1．2．2 磁阻挫型多铁

1．2．3 电荷有序型多铁

1．2．4 混合旋转模式型多铁

1．3 Sr7Mn4O15研究背景

1．3．1 锰氧化物基本性质

1．3．2 共面结构锰氧化物

1．3．3 Sr7Mn4O15结构与性质

参考文献

第二章 样品制备与基本表征

2．1 溶胶凝胶法基本原理

2．2 Sr7Mn4O15溶胶凝胶法制备

2．3 Sr7Mn4O15样品XRD表征

参考文献

第三章 Sr7Mn4O15磁学性质研究

3．1 Sr7Mn4O15宏观磁化率测量与分析

3．1．1 低维磁系统与Sr7Mn4O15反铁磁转变

3．1．2 Sr7Mn4O15高温段磁化率分析

3．2 Sr7Mn4O15电子顺磁共振谱研究

3．2．1 电子顺磁共振

3．2．2 Sr7Mn4O15电子顺磁共振测量与分析

参考文献

第四章 Sr7Mn4O15介电性质与磁电耦合

4．1 Sr7Mn4O15介电性质测量

4．2 Sr7Mn4O15磁电耦合性质唯象分析

4．3 Sr7Mn4O15磁电耦合微观机理讨论

参考文献

在读期间发表的学术论文

致谢