摻雜六方Y(jié)MnO3的磁性與電子結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、單相磁電多鐵性材料同時(shí)包含鐵電性與鐵磁性，而且二者之間存在耦合效應(yīng)，因而在自旋電子器件、磁傳感器、信息存儲(chǔ)以及微波技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但是，目前多鐵材料還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以符合實(shí)際應(yīng)用，主要表現(xiàn)在，單相多鐵材料匱乏，磁轉(zhuǎn)變溫度比較低以及磁電耦合效應(yīng)很弱等問(wèn)題。因而探索新型室溫單相多鐵材料，提高磁轉(zhuǎn)變溫度以及實(shí)現(xiàn)可觀的磁電耦合效應(yīng)一直是多鐵性材料研究中的重點(diǎn)。六方Y(jié)MnO3多鐵性材料在單相多鐵性材料中占據(jù)著非常重要的地位，其特有的新奇物性

2、，預(yù)示著其在實(shí)際應(yīng)用上的巨大的潛力。因此本論文以六方Y(jié)MnO3為研究對(duì)象，討論離子摻雜對(duì)YMnO3電子結(jié)構(gòu)、磁性結(jié)構(gòu)及物性的影響。有別于以往關(guān)于六方Y(jié)MnO3單相多鐵性材料的研究，我們將利用同步輻射X射線吸收譜數(shù)據(jù)，從晶格局域結(jié)構(gòu)及電子軌道雜化方面來(lái)解釋離子摻雜所引起YMnO3磁電性能的變化。
　　首先，為了研究Cu2+離子摻雜對(duì)樣品的晶格結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)的影響，我們利用溶膠-凝膠法制備了YMn1-xCuxO3(x=0，0.

3、05，0.1)樣品。Cu2+離子的摻雜并沒(méi)有改變YMnO3的空間晶格結(jié)構(gòu)，空間群都為P63cm。Cu2+離子摻雜會(huì)在樣品中引入Mn3+-Mn4+雙交換作用和Mn3+-Mn3+、Mn3+-Cu2+、Mn4+-Cu2+反鐵磁相互作用，這兩種相互作用會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，破壞Mn3+離子三角阻挫結(jié)構(gòu)，提高磁性，同時(shí)Mn3+-Mn4+雙交換作用對(duì)磁化強(qiáng)度的提高也會(huì)有貢獻(xiàn)。通過(guò)測(cè)量Mn的L邊吸收譜，我們證實(shí)了YMn0.95Cu0.05O3和YMn0.9Cu

4、0.1O3中Mn4+的存在。O的K邊吸收譜表明，隨著Cu2+離子濃度的增加，Mn與OP之間的雜化作用增強(qiáng)，Mn-OP鍵長(zhǎng)減小，這一過(guò)程對(duì)應(yīng)于Mn3+離子向Mn4+離子的轉(zhuǎn)變。同時(shí)發(fā)現(xiàn)Y與OP之間的雜化強(qiáng)度在減弱，Y-OP鍵的長(zhǎng)度在增加。Mn-OP鍵長(zhǎng)和Y-OP鍵長(zhǎng)的改變會(huì)引起MnO5三角雙錐體結(jié)構(gòu)的改變，從而導(dǎo)致YMn1-xCuxO3(x=0，0.05，0.1)的磁有序和電極化的改變。
　　第二，采用溶膠-凝膠法制備了Y0.95Y

5、b0.05Mn1-xFexO3(x=0，0.05，0.1，0.2)樣品。Yb3+離子和Fe3+離子的摻雜并沒(méi)有改變YMnO3的晶格結(jié)構(gòu)，依然為六方晶體結(jié)構(gòu)。樣品的磁化強(qiáng)度隨著Fe3+離子濃度增加而增強(qiáng)，而樣品的居里-外斯溫度的絕對(duì)值、反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度和磁阻挫因子逐漸減小。Fe3+(5.92μB)離子的理論磁矩大于Mn3+(4.9μB)離子的理論磁矩，同時(shí)Fe3+離子摻雜使得原有反鐵磁排列的Mn3+離子磁矩發(fā)生傾斜，導(dǎo)致凈磁矩的產(chǎn)生，而且M

6、n3+-Mn3+、Mn3+-Fe3+、Fe3+-Fe3+的磁相互作用之間的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)減弱Mn3+-Mn3+反鐵磁超交換作用，這些因素導(dǎo)致了樣品磁性的增強(qiáng)。Mn的L邊吸收譜證明了摻雜樣品中Mn元素的價(jià)態(tài)為+3價(jià)。O元素的K邊吸收譜顯示Fe3+濃度的增加增強(qiáng)了O2p-Mn3d和Y4d-O2p軌道雜化強(qiáng)度，軌道雜化強(qiáng)度的改變引起MnO5三角雙錐體傾斜程度的增加，導(dǎo)致樣品的晶格結(jié)構(gòu)和磁有序的變化。實(shí)驗(yàn)證明Yb和Fe元素共摻雜YMnO3會(huì)引起材料中局