雙鈣鈦礦La2NiMnO6摻雜體系結(jié)構(gòu)及物性研究.pdf

1、雙鈣鈦礦錳氧化物因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和磁電性質(zhì)，以及在自旋電子學(xué)器件方面的潛在應(yīng)用，成為了錳氧化物領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。在本論文中，我們選取最典型的雙鈣鈦礦錳氧化物L(fēng)a2NiMnO6作為主要研究對(duì)象，按照結(jié)構(gòu)決定性能這一條材料學(xué)的基本規(guī)律，以調(diào)節(jié)B位Ni/Mn有序度為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料磁和輸運(yùn)性質(zhì)的調(diào)控，并探討了結(jié)構(gòu)和物性之間的內(nèi)在聯(lián)系。具體內(nèi)容如下:
　　 第一章，從鈣鈦礦氧化物材料的基本結(jié)構(gòu)和物性出發(fā)，介紹具有龐磁電阻效應(yīng)的鈣鈦礦錳氧

2、化物中一些基本概念，基于這些概念，重點(diǎn)綜述了以La2NiMnO6為代表的雙鈣鈦礦錳氧化物的一些基本性質(zhì)以及研究現(xiàn)狀。
　　 第二章，制備并研究了La2NiMnO6多晶塊材的磁，電輸運(yùn)及磁電阻性能。磁性測(cè)量數(shù)據(jù)表明在樣品中存在著由Ni/Mn反位無(wú)序形成的反相邊界。變溫電阻率呈現(xiàn)半導(dǎo)體行為，可以用三維變程躍遷模型很好地進(jìn)行描述，表明樣品的電荷傳導(dǎo)機(jī)制服從三維變程躍遷模型。測(cè)量掃場(chǎng)的磁電阻發(fā)現(xiàn)，磁電阻隨磁場(chǎng)變化曲線分成明顯的高場(chǎng)和低場(chǎng)

3、兩段區(qū)域，這與表現(xiàn)出隧穿磁電阻效應(yīng)的普通錳氧化物體系磁電阻類(lèi)似。綜合以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，我們認(rèn)為，La2NiMnO6體系出現(xiàn)低場(chǎng)磁電阻的本質(zhì)原因是電子躍遷通過(guò)反相邊界的自旋相關(guān)散射受到磁場(chǎng)調(diào)控。
　　 第三章，在La位用Ca或Sr對(duì)La2NiMnO6空穴摻雜，研究了樣品結(jié)構(gòu)，價(jià)態(tài)，磁性質(zhì)等隨著摻雜濃度變化的規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，隨著空穴摻雜濃度的增加，A位平均價(jià)態(tài)的降低是通過(guò)B位Ni價(jià)態(tài)的提高，即從+2價(jià)變+3價(jià)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)，隨著摻雜濃

4、度的增加，樣品B位Ni/Mn反位無(wú)序引發(fā)的反鐵磁反相邊界增多。反鐵磁反相邊界和Ni/Mn有序鐵磁區(qū)耦合產(chǎn)生了交換偏置效應(yīng)。在上述工作基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)比在固定摻雜濃度下，分別用二價(jià)Ca，Sr和Ba元素?fù)诫s樣品的晶體結(jié)構(gòu)和磁性能，進(jìn)一步研究了它們隨著A位平均離子半徑的變化規(guī)律。
　　 第四章，通過(guò)在Ni位用非磁性離子Zn摻雜，得到La1.8Sr0.2Ni1-xZnxMnO6(0≤x≤0.5)的系列樣品，晶體結(jié)構(gòu)和磁性能研究發(fā)現(xiàn)鐵磁轉(zhuǎn)變

5、溫度(TC)隨著Zn摻雜量的增加而減小，而飽和磁矩(MS)的值是先增加，在x=0.2處，達(dá)到最大值，但隨著Zn摻雜量進(jìn)一步增加則減小。這一行為可以理解為，非磁性的Zn離子在摻雜過(guò)程中，同時(shí)部分取代了鐵磁和反鐵磁區(qū)域的Ni離子，這兩個(gè)不同位置的取代對(duì)飽和磁矩產(chǎn)生了相反的效果。交換偏置場(chǎng)(HE)，矯頑場(chǎng)(HC)，和飽和場(chǎng)(HS)隨著Zn摻雜量的變化趨勢(shì)進(jìn)一步確認(rèn)了這一推測(cè)。
　　 第五章，在本章節(jié)中，以La1.8Sr0.2NiMnO

6、6為母體材料，對(duì)B位Ni/Mn比例為1∶1的附近作微調(diào)，得到La1.8Sr0.2Ni1-xMn1+xO6(| x|≤0.2)的系列樣品并進(jìn)行了晶體結(jié)構(gòu)和磁性能表征。利用雙鈣鈦礦錳氧化物研究中的一些概念，如反位無(wú)序，超交換相互作用，來(lái)理解這些結(jié)果。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樣品中Ni/Mn比例在1∶1時(shí)，材料有序度最高，鐵磁轉(zhuǎn)變溫度也達(dá)到最大值。磁場(chǎng)強(qiáng)度隨溫度變化曲線顯示，出現(xiàn)低溫磁轉(zhuǎn)變的樣品和體系中存在Mn4+/Mn3+有很大的關(guān)聯(lián)。結(jié)合進(jìn)一步的低溫

7、磁滯回線測(cè)量和分析表明，雙鈣鈦礦La2NiMnO6出現(xiàn)反位無(wú)序時(shí)，Ni-O-Ni可能為反鐵磁相互作用，而Mn-O-Mn則為順磁相互作用。
　　 第六章，本章通過(guò)對(duì)比La2NiMnO6研究了同構(gòu)的Y2NiMnO6的晶體結(jié)構(gòu)和磁性能。通過(guò)Rietveld結(jié)構(gòu)精修擬合X射線衍射數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)Ni/Mn高度有序的排列在雙鈣鈦礦的B位，但仍然有少量Ni/Mn無(wú)序排列區(qū)。磁性能測(cè)量發(fā)現(xiàn)樣品在遠(yuǎn)高于長(zhǎng)程鐵磁轉(zhuǎn)變溫度(TC=85K)的某個(gè)溫區(qū)，就有