雙鈣鈦礦氧化物體系的磁性和電輸運(yùn)性質(zhì).pdf

1、早在20世紀(jì)50年代，有關(guān)A2BB'O6型雙鈣鈦礦氧化物的合成和物性研究已開(kāi)始見(jiàn)諸報(bào)道。90年代末，在該體系中發(fā)現(xiàn)了一系列諸如非常規(guī)高溫超導(dǎo)和室溫隧穿型巨磁阻效應(yīng)，從而使得雙鈣鈦礦氧化物體系的研究在理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面都受到了高度的關(guān)注，迄今已成為凝聚態(tài)物理中一個(gè)十分活躍的前沿研究領(lǐng)域。 1997年吳茂昆報(bào)道了一種不含銅氧面的雙鈣鈦礦材料St2YRul-xCux06，其超導(dǎo)溫度為30 K，屬于高溫超導(dǎo)體，并且具有一些特殊的磁性質(zhì)如

2、低溫磁有序和自旋玻璃態(tài)等。1998年Kobayashi等人報(bào)道了在雙鈣鈦礦氧化物ST2FeMoO6在室溫低場(chǎng)下觀測(cè)到顯著的巨磁阻(GMR)效應(yīng)，研究表明Sr2FeMoO6塊體樣品在室溫300K表現(xiàn)出隧道磁電阻(TMR)達(dá)到10％，42K下達(dá)42％，電阻主要是由于晶界上的載流子散射造成的。居里溫度為410K，遠(yuǎn)高于室溫。相對(duì)其他已有的磁電阻材料，F(xiàn)e/Mo雙鈣鈦礦具有室溫磁阻更大，相變溫度更高的優(yōu)點(diǎn)，成為最有可能在室溫下得到應(yīng)用的磁電阻材

3、料而倍受關(guān)注。此外從理論角度上看，在雙鈣鈦礦氧化物體系中具有不同的電子組態(tài)的B和B'位離子可以提供豐富的化學(xué)變換組合以及由此帶來(lái)的離子間不同類(lèi)型的交換相互作用，從而為各類(lèi)電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理現(xiàn)象的探索研究提供了一個(gè)具有重大學(xué)術(shù)價(jià)值的研究對(duì)象。 本論文回顧總結(jié)了已有關(guān)于A2BB'O6雙鈣鈦礦型氧化物體系的若干重要的研究成果與最新進(jìn)展。利用固相反應(yīng)技術(shù)合成了Sr2YRu1-xZnxO6、Sr2FeRuO6、Sr2FeMnO6雙鈣鈦礦型氧化

4、物體系，并且對(duì)這三個(gè)體系的結(jié)構(gòu)、磁性和電輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，獲得了若干有價(jià)值的研究結(jié)果： 首先，采用固相燒結(jié)工藝制備了Sr2YRul-xZnxO6(x=0,0.1，0.2)陶瓷樣品，采用多晶X射線和掃描電子顯微鏡技術(shù)對(duì)樣品的物相成分、晶體結(jié)構(gòu)和晶體表面形貌進(jìn)行了表征與分析，將Sr2YRul-xZnxO6(x=0，0.1，0.2)樣品X射線衍射譜與理論模擬多晶樣品X射線標(biāo)準(zhǔn)譜比較顯示樣品單相已經(jīng)形成．X射線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：樣

5、品均形成了在a-b方向上具有雙倍周期的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，屬于立方晶系，晶體空間群為Fm3m(No 225).Sr2YRuO6原胞為立方結(jié)構(gòu)(a=8.164A)，Y離子和Ru離子分別有序占據(jù)4a(0，0，0)和4b(1/2，1/2，1/2)原子等效位置．并且發(fā)現(xiàn)樣品X射線衍射譜中的(111)衍射峰為B位Y離子和Ru離子有序占據(jù)時(shí)的特征峰．實(shí)驗(yàn)顯示Zn離子取代Ru離子對(duì)晶胞參數(shù)影響很?。駝?dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測(cè)量了在常溫下樣品Sr2YRu1-x

6、ZnxO6(x=0,0.1,0.2)磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系，樣品在常溫下顯示順磁性．計(jì)算得到Sr2YRuO6中Ru離子的有效磁矩為2.417μB．用標(biāo)準(zhǔn)的四端子測(cè)量方法測(cè)量了樣品的電阻隨溫度的關(guān)系，樣品電阻隨摻雜量的增加而降低，并且實(shí)現(xiàn)了由反鐵磁絕緣體向半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變．其后，成功制備了雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)Sr2FeRuO6樣品，并且對(duì)其衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行了Rietveld擬合，得到雙鈣鈦礦Sr2FeRuO6屬于三斜晶系(space group 12/c

7、)，其晶胞參數(shù)為a=5.508 A，b=5.474 A，c=7.861 A，p=90.127。由于沒(méi)有觀察到超晶格有序峰(111)和(311)，得到Fe離子和Ru離子無(wú)序的占據(jù)B位。室溫下磁化曲線表明Sr2FeRuO6具有順磁特征，并且其N(xiāo)eel溫度遠(yuǎn)在室溫以上。電阻率隨溫度變化曲線表明Sr2FeRuO6呈現(xiàn)典型的半導(dǎo)體行為，其禁帶寬度約為0.23 eV。此外特別有意義的是發(fā)現(xiàn)Sr2FeRuO6在低溫具有較大的磁阻效應(yīng)(MR～20％，1

8、20K)。 最后，通過(guò)固相燒結(jié)工藝制備了雙鈣鈦礦Sr2FeMnO6，經(jīng)XRD分析得到Sr2FeMnO6為有序雙鈣鈦礦，晶胞結(jié)構(gòu)屬于立方群(a=7.726 A)，晶胞空間群為Fm3m(No．225)。ESR測(cè)試，首次觀測(cè)到改樣品從反鐵磁到順磁的轉(zhuǎn)變，奈耳溫度被確定為~475。在奈耳溫度以上，電子geff值接近2，表明Fe離子顯示+3價(jià)，電子在氧八面體晶體中結(jié)構(gòu)為(t2g3eg2 for 3d5:S=5/2，L=O，J=5/2，g=