鎵摻雜鈣鈦礦鈷氧化物的結(jié)構(gòu)和磁性研究.pdf

1、以鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物為代表的巨磁阻材料，由于它們表現(xiàn)出來的龐大磁電阻效應(yīng)在提高磁存貯密度及磁敏感探測元件上具有十分廣闊的應(yīng)用前景，因而受到人們的廣泛關(guān)注。同時(shí)，這類材料還表現(xiàn)出諸如磁場誘導(dǎo)的金屬.絕緣體轉(zhuǎn)變、自旋玻璃態(tài)、電荷有序、軌道有序、相分離、自旋態(tài)轉(zhuǎn)變等十分豐富的物理內(nèi)容，涉及到凝聚態(tài)物理的許多基本問題，一旦解決了這些問題的微觀物理機(jī)制，必將對(duì)凝聚態(tài)物理的發(fā)展和完善起到巨大的推動(dòng)作用。 在本論文的工作中，我們用標(biāo)準(zhǔn)的固態(tài)反應(yīng)

2、法成功制備了三種新型的Ga摻雜鈣鈦礦鈷氧化物陶瓷材料：LaCo<,1-y>Ga<,y>O<,3>(y=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5)，La<,2/3>Sr<,1/3>Co<,1-y>Ga<,y>O<,3>(y=0，0.1，0.2，0.25，0.3，0.35，0.4)和La<,0.7>Ca<,0.3>Co<,1-y>Ga<,y>O<,3>(y=0，0.1，0.2，0.3，0.4)。系統(tǒng)的研究了它們的結(jié)構(gòu)、磁性、玻璃態(tài)和 Co

3、 離子自旋態(tài)等物理性質(zhì)，主要結(jié)論如下： 對(duì) Ga 摻雜鈣鈦礦鈷氧化物L(fēng)aCo<,1-y>Ga<,y>O<,3>(y=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5)的研究中，發(fā)現(xiàn)所有樣品的 Co 離子都在溫度為 100 K附近發(fā)生了自旋態(tài)的轉(zhuǎn)變，Ga的摻雜主要是減少了磁性 Co 離子的含量。因?yàn)槎嗑悠肪Ц竦膬?nèi)部缺陷導(dǎo)致體系出現(xiàn)了少量的C0<'4+>離子，從而使樣品在順磁背景下有弱的鐵磁和反鐵磁相互作用，在低溫下具有復(fù)雜的磁性結(jié)構(gòu)，

4、預(yù)示著體系具有大的CMR效應(yīng)。 研究了單相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的La<,2/3>Sr<,1/3>CO<,1-y>Ga<,y>O<,3>(y=0，0.1，0.2，0.3，0.4)系列多晶樣品的熱磁曲線和磁化曲線，發(fā)現(xiàn)Ga的摻雜抑制了樣品的鐵磁相互作用，隨著Ga含量的不斷增加，樣品的鐵磁居里溫度顯著降低，并且在高摻雜下出現(xiàn)了反鐵磁相互作用。鐵磁和反鐵磁相互作用之間的競爭很可能是材料具有大的 CMR 效應(yīng)，擁有廣闊的應(yīng)用前景。在高溫順磁態(tài)時(shí)用居

5、里-外斯定律對(duì)樣品的磁化率進(jìn)行了擬合，得到了樣品的順磁居里溫度和 Co 離子的有效平均磁矩；并用磁化曲線得到了樣品在 5 K 下的飽和磁矩。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的有效磁矩和飽和磁矩同理論值的比較，討論了Ga的摻入對(duì)體系的Co<'3+>和Co<'4+>離子自旋態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)大部分Co 離子都處于混合自旋態(tài)。 研究了La<,2/3>Sr<,1/3>CO<,1-y>Ga<,y>O<,3>(y=0.25，0.3，0.35，0.4)體系在ZFC

6、和FC條件下的熱磁曲線和不同頻率下交流磁化率隨溫度變化的曲線。發(fā)現(xiàn)低溫下ZFC和FC磁化強(qiáng)度之間有較大的差別，具有大的不可逆行為，這是典型的玻璃態(tài)特征，并用雙勢阱模型給予了合理的解釋。交流磁化率的實(shí)部和虛部曲線在凍結(jié)溫度附近都有峰值出現(xiàn)，實(shí)部的峰值隨頻率的增大而減小，且峰位向高溫移動(dòng)；而虛部的峰值隨頻率的增大而增大，峰位也向高溫移動(dòng)。交流磁化率的實(shí)部在低溫下隨頻率而變化，但高溫區(qū)與頻率無關(guān)；交流磁化率的虛部情況與之相反。特別值得注意的是

7、，y=0.25和0.3這兩個(gè)樣品的交流磁化率的虛部都有兩個(gè)明顯的峰值，與之對(duì)應(yīng)，交流磁化率的實(shí)部在高溫區(qū)有一個(gè)明顯的峰值，而低溫區(qū)有一個(gè)“肩膀”，說明樣品有兩個(gè)玻璃態(tài)，同時(shí)討論了體系中存在玻璃態(tài)的原因。最后，我們用一個(gè)經(jīng)典的臨界馳豫變緩公式擬合了樣品的凍結(jié)溫度，得到了相應(yīng)的用來表征玻璃態(tài)的特征因子。 對(duì)單相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的La<,0.7>Ca<,0.3>C0<,1-y>Ga<,y>O<,3>(y=0，0.1，0.2，0.3，0.4)

8、系列多晶樣品的ZFC和FC熱磁曲線研究中，發(fā)現(xiàn)隨著Ga含量的不斷增加，樣品的磁轉(zhuǎn)變溫度和低溫下的磁化強(qiáng)度都顯著降低，Ga的摻入抑制了內(nèi)部的鐵磁相互作用。令人驚奇的是高摻雜樣品的ZFC熱磁曲線在低溫下出現(xiàn)了雙峰現(xiàn)象，表明樣品經(jīng)歷了從鐵磁到反鐵磁再到鐵磁最后到順磁的轉(zhuǎn)變，同時(shí)分析了產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。用居里-外斯定律擬合了樣品的高溫磁化率，得到了體系的順磁居里溫度和有效分子磁矩，通過與理論值比較，討論了Ga摻雜對(duì)Co離子自旋態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)高