B位Ni摻雜的Pr系鈣鈦礦的物性研究.pdf

1、具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的A位堿土摻雜的稀土錳氧化物RelxAxB03(Re=La、Pr、Nd，B=Mn)是一種典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料體系，該體系自被發(fā)現(xiàn)具有巨磁電阻(CMR)以來(lái)而引起了人們的廣泛關(guān)注。對(duì)于錳位一價(jià)或者二價(jià)元素?fù)诫s的鈣鈦礦錳氧化物，由電中性原理可知在Mn位會(huì)同時(shí)出現(xiàn)Mn3+/Mr14+。類(lèi)比于A位摻雜體系，B位低價(jià)元素的摻雜也應(yīng)該導(dǎo)致體系鐵磁性和金屬絕緣態(tài)轉(zhuǎn)變的出現(xiàn)。然而令人詫異的是，B位摻雜體系在發(fā)生鐵磁-/IW磁轉(zhuǎn)變時(shí)并未伴隨著金

2、屬.絕緣態(tài)的轉(zhuǎn)變，并且其鐵磁性是由雙交換作用還是由超交換作用引起的也一直沒(méi)有定論。在過(guò)渡元素Co、Ni摻雜的錳氧化物中，由于Co、Ni的價(jià)態(tài)和自旋態(tài)的多重性，使得體系的各種性質(zhì)變得更加復(fù)雜。在本論文中，對(duì)B位Ni摻雜的PrNi，Mrilx03進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、局域價(jià)態(tài)、磁性能、輸運(yùn)性質(zhì)和拉曼光譜的研究，取得了一些有意義的結(jié)果。具體內(nèi)容可分為以下五個(gè)部分:
　　 第一章，簡(jiǎn)單介紹了鈣鈦礦錳氧化物的一些基本性質(zhì)，包括晶體結(jié)構(gòu)、龐磁阻效應(yīng)、

3、相分離現(xiàn)象、電荷一軌道一自旋有序現(xiàn)象、自旋一聲子耦合作用和交換偏置作用，描述了這些現(xiàn)象或性質(zhì)的基本概念和相關(guān)研究。
　　 第二章，根據(jù)摻雜方式酌不同對(duì)鈣鈦礦錳氧化物進(jìn)行了分類(lèi)討論，包括A位空穴摻雜，A位自摻雜，A位等價(jià)摻雜，A位電子摻雜，B位摻雜以及A、B位雙摻雜的相關(guān)研究背景及進(jìn)展。
　　 第三章，簡(jiǎn)單介紹了鈣鈦礦錳氧化物常用的制備方法以及常用的測(cè)試手段。主要內(nèi)容包括多晶的固相反應(yīng)法、溶膠一凝膠法的制備原理，單晶塊材及

4、單晶薄膜的制備方法與實(shí)例，X射線(xiàn)衍射、掃描電鏡分析、X射線(xiàn)光電子能譜分析、磁性測(cè)量、電輸運(yùn)測(cè)量這些在分析鈣鈦礦錳氧化物各種性質(zhì)時(shí)常用的測(cè)試方法的原理和部分相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例。
　　 第四章，研究了PrNixMnlx03(x=0.125、0.25、0.375和0.5)的結(jié)構(gòu)，局域價(jià)態(tài)，磁性能和電阻性能。結(jié)果表明，隨著小半徑離子Ni摻入量的增多，體系的正交畸變程度減弱，當(dāng)摻入量x=0.5時(shí)，體系呈單斜相。Ni作為摻雜元素在摻入過(guò)程中并不

5、是恒定價(jià)態(tài)的，Ni的平均價(jià)態(tài)會(huì)隨著摻入量的增加而降低。磁測(cè)量結(jié)果表明PrNio.sMno.503.PrNi0.25Mn0.7503和PrNi0.125Mn0，87503隨著溫度的降低會(huì)出現(xiàn)明顯的鐵磁-)16磁轉(zhuǎn)變，在低溫下均呈現(xiàn)強(qiáng)的鐵磁性。結(jié)合價(jià)態(tài)分析的結(jié)果我們認(rèn)為PrNio.sMno.503的鐵磁性足由Nj2+_O_Mn4+超交換作用引起的，而PrNi0.25Mn0.7503和PrNi0.125Mn0.87503的鐵磁性是由各向同性M

6、n3+_O_Mn3+鐵磁超交換作用引起的。PrNi0.375Mr10.62503隨著溫度的降低出現(xiàn)了兩個(gè)磁轉(zhuǎn)變點(diǎn)，我們認(rèn)為這兩個(gè)磁轉(zhuǎn)變點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)Mn3+-O-Mn3+、Nj2+-O-Mn4+鐵磁超交換作用。由于超交換作用的主導(dǎo)地位，PrNixMnl-xO3在整個(gè)溫區(qū)呈絕緣行為并表現(xiàn)很高的電阻率。隨著Ni摻雜的增多，決定體系電阻率的姜一泰勒畸變極化子會(huì)被Nj2+/Mn4+極化電荷有序所取代，這造成了PrNi0.5Mn0.5O3和PrNi0

7、.125Mn0.875O3具有高于剩余兩個(gè)樣品的電阻率。
　　 第五章，對(duì)未摻雜的和A位摻雜的鈣鈦礦錳氧化物的拉曼光譜特點(diǎn)進(jìn)行了分析和描述，并對(duì)B位摻雜的PrMnO3的不同溫度下的拉曼光譜進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)PrNixMnl-xO3在500cm-l和600cm-1頻率附近存在明顯的拉曼峰并將其歸為反對(duì)稱(chēng)拉伸模式和對(duì)稱(chēng)拉伸模式。由峰形的不對(duì)稱(chēng)性和上章的XPS結(jié)果可以推知PrNi0.375Mn0.625O3、PrNi0.25Mn0.75

8、O3和PrNi0.125Mri0.875O3中的對(duì)稱(chēng)拉伸振動(dòng)峰包含兩種不同的振動(dòng)模式:(Ni3+/Mn3+)O6和(Ni2+/Mn4+)O6對(duì)稱(chēng)拉伸振動(dòng)。從x=0.5到x=0.125，姜-泰勒離子的增加引起的帶中心內(nèi)聲子平均壽命的降低和本征的(Ni2+/Mn4+)O6對(duì)稱(chēng)拉伸振動(dòng)聲子態(tài)密度的變小是樣品對(duì)稱(chēng)拉伸峰的強(qiáng)度變低并且峰寬變寬的主要原因。從高溫拉曼光譜中發(fā)現(xiàn)了PrNi0.25Mn0.75O3和PrNi0.125Mn0.875O3的