電子摻雜對Ca3Mn2O7的結(jié)構(gòu)和磁性的影響.pdf

1、作為典型的Ruddlesden-Popper型層狀鈣鈦礦氧化物，CaMnO3樣品以及不同摻雜的Ca1-xAxMnO3樣品都具有豐富多樣的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、磁相轉(zhuǎn)變、磁受挫以及電運(yùn)輸特性。對這些復(fù)雜特性的形成機(jī)理，變化趨勢及原理的研究一直是科研工作者們的重中之重，他們希望通過這些研究來研制出人類日常生活中所需的各種不同需求的磁性材料。鑒于La3+、Th4+等離子摻雜的Ca3Mn2O7樣品的研究已經(jīng)比比皆是，本文將研究存在Ca缺陷的（即自摻雜的

2、）Ca3-xMn2O7-d樣品和Bi3+摻雜的Ca3-xBixMn2O7樣品的結(jié)構(gòu)、價態(tài)和磁性特征。
　　樣品的合成采用的是傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法，在合成自摻雜的Ca3-xMn2O7-d(x=0.04，008，0.12)樣品時借用Pb元素在樣品中蒸發(fā)來調(diào)控樣品中Ca缺陷的量。而樣品的XRD圖譜分析表明，隨著樣品的自摻雜，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，由正方晶格變?yōu)樾狈骄Ц?，其空間點(diǎn)群從I4/mmm轉(zhuǎn)變?yōu)镃mcm，這一轉(zhuǎn)變的產(chǎn)生是因為樣品中隨Ca缺陷

3、出現(xiàn)的Mn3+引起的Jahn-Teller效應(yīng)。XPS圖譜的分析證實(shí)了Mn3+隨著Ca缺陷而出現(xiàn)，樣品中確實(shí)存在一定量的Ca缺陷，其含量與預(yù)期值大致相符。同樣的，Bi3+摻雜的Ca3-xBixMn2O7(x=0.05，0.1，0.2和0.3)樣品也采用固相反應(yīng)法來合成。樣品的XRD精修結(jié)果表明，樣品的晶體結(jié)構(gòu)為正方晶格，空間點(diǎn)群為I4/mmm，這與Ca3Mn2O7一樣。隨著Bi3+摻雜量x的增加，晶胞參數(shù)a逐漸增大而c逐漸減小，Mn-O

4、鍵的鍵角幾乎不變。
　　SQUID（超導(dǎo)量子干涉儀）被用來測量樣品的磁學(xué)性質(zhì)，測量結(jié)果表明:Ca缺陷的出現(xiàn)導(dǎo)致Ca2.96Mn2O7-d樣品在T=350 K處存在鐵磁性，Ca2.92Mn2O7-d樣品也在T=345 K處存在一個鐵磁性停頓，然而在Ca2.88Mn2O7-d樣品中卻沒有出現(xiàn)鐵磁相，這種特殊的磁性現(xiàn)象可以用雙交換機(jī)制和超交換機(jī)制來解釋。作為典型的層狀鈣鈦礦，其偽薄膜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致樣品中具有低維磁性，通過計算得出的交換積分J0

5、分別為25.4 K、22.6 K和19.7 K。當(dāng)T≤350 K時，Ca2.96Mn2O7-d和Ca2.92Mn2O7-d樣品都有磁受挫現(xiàn)象，Ca2.88Mn2O7-d的磁受挫消失溫度轉(zhuǎn)變?yōu)門=111 K，這一現(xiàn)象表現(xiàn)為樣品的ZFC和FC曲線分離。樣品中不存在飽和磁化強(qiáng)度，這證明樣品在低溫下具有傾斜排列的磁矩。對于Bi3+離子摻雜的Ca3-xBixMn2O7樣品，不管是ZFC態(tài)還是FC態(tài)下測量的磁化曲線，在樣品x=0.05和0.1樣品中