尖晶石結(jié)構(gòu)鐵氧體MxMn1-xFe2O4(M=Zn，Mg，Al)的磁有序和陽離子分布研究.pdf

1、尖晶石結(jié)構(gòu)鐵氧體具有較好的應(yīng)用前景。例如，在磁制冷、微波器件、彩色影像、高密度存儲器件和磁流體中都有很好的應(yīng)用。因而近年來得到廣泛關(guān)注。尖晶石結(jié)構(gòu)鐵氧體的化學(xué)通式為(A)[B]2O4，較大的氧離子呈面心立方密堆積結(jié)構(gòu)，較小的陽離子占據(jù)氧離子的間隙位置。間隙位置可以分為兩種:四面體(A)位和八面體[B]位，其中八面體[B]位間隙大于四面體(A)位間隙。傳統(tǒng)理論一般用超交換相互作用和雙交換相互作用來解釋磁性氧化物的磁有序問題。截止到目前，對

2、于尖晶石結(jié)構(gòu)鐵氧體MxMn1-xFe2O4(M=Zn，Mg，Al)的探索雖有大量報道，但對其中陽離子分布與材料磁性的關(guān)系還存在著爭議。
　　本文利用化學(xué)共沉淀方法制備了系列樣品ZnxMn1-xFe2O4(0.0≤x≤1.0)、MgxMn1-xFe2O4（0.0≤x≤1.0）和AlxMn1-xFe2O4(0.0≤x≤0.5)，利用室溫下的X射線衍射譜對樣品進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)表征，使用物理性質(zhì)測量系統(tǒng)對樣品進(jìn)行磁性測量。用本課題組最新提出的

3、O2p巡游電子模型和量子力學(xué)勢壘模型對樣品中的陽離子分布進(jìn)行了詳細(xì)的分析，給出其中陽離子分布的詳細(xì)數(shù)據(jù)，解釋了樣品磁性與陽離子分布的關(guān)系。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)所制備的MxMn1-xFe2O4(M=Zn，Mg，Al)三系列樣品均為單相立方尖晶石結(jié)構(gòu)，它們所屬的空間群是Fd3m;晶格常數(shù)a均隨著摻雜量x的增加而相應(yīng)減小;晶粒粒徑均大于100 nm，因此表面效應(yīng)的影響很小，在磁性研究中可不予考慮。
　　(2)分別在10K

4、和300K溫度下測得三系列樣品的磁滯回線，從而得到樣品的平均分子磁矩μexp，并發(fā)現(xiàn)三系列樣品的μexp隨摻雜量x的變化呈現(xiàn)出的不同趨勢:樣品ZnxMn1-xFe2O4（0.0≤x≤1.0）的μexp隨x變化呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在x=0.4時達(dá)到最大;而MgxMn1-xFe2O4（0.0≤x≤1.0）和AlxMn1-xFe2O4（0.0≤x≤0.5）兩系列樣品μexp隨x的增加近似呈現(xiàn)單調(diào)減小的趨勢。
　　(3)陽離子分布受到

5、六個因素的影響。第一，陽離子電離能和陰陽離子間距;第二，電子云的泡利排斥能;第三，電荷密度平衡趨勢;第四，電離度，即氧離子的平均化合價絕對值小于2，陽離子化合價也小于傳統(tǒng)的化合價數(shù)值;第五，在Mn1-xFe2O4中，Mn3+(3d4)離子的磁矩與Mn2+(3d5)、Fe3+(3d5)和Fe2+(3d6)離子的磁矩反平行排列;第六，由于Zn，Mg和Al離子摻雜，導(dǎo)致陽離子磁矩之間出現(xiàn)傾角，并且傾角隨摻雜量的增加而增大。
　　(4)對

6、于這三系列樣品而言，占據(jù)[B]位的Fe(Fe2+和Fe3+)離子和Mn2+離子的含量都超過了55％。這導(dǎo)致樣品磁矩的方向與[B]子晶格磁矩的方向保持一致。
　　(5)在樣品ZnxMn1-xFe2O4(0.0≤x≤1.0)中，當(dāng)x＜0.4時，隨著x的增加，在(A)位Zn2+離子含量增加的很快，這導(dǎo)致(A)子晶格磁矩的快速減小，樣品的總磁矩迅速增大。當(dāng)x＞0.4時，在[B]位Zn2+離子含量增加很快，導(dǎo)致[B]子晶格的磁矩快速減小，因