鎵摻雜鈣鈦礦鈷氧化物的結構和磁性研究.pdf

1、以鈣鈦礦結構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用前景，因而受到人們的廣泛關注。同時，這類材料還表現(xiàn)出諸如磁場誘導的金屬.絕緣體轉變、自旋玻璃態(tài)、電荷有序、軌道有序、相分離、自旋態(tài)轉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制，必將對凝聚態(tài)物理的發(fā)展和完善起到巨大的推動作用。 在本論文的工作中，我們用標準的固態(tài)反應

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)的研究了它們的結構、磁性、玻璃態(tài)和 Co

3、 離子自旋態(tài)等物理性質，主要結論如下： 對 Ga 摻雜鈣鈦礦鈷氧化物LaCo<,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)的轉變，Ga的摻雜主要是減少了磁性 Co 離子的含量。因為多晶樣品晶格的內(nèi)部缺陷導致體系出現(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，在低溫下具有復雜的磁性結構，

4、預示著體系具有大的CMR效應。 研究了單相鈣鈦礦結構的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，擁有廣闊的應用前景。在高溫順磁態(tài)時用居

5、里-外斯定律對樣品的磁化率進行了擬合，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。通過對實驗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。交流磁化率的實部和虛部曲線在凍結溫度附近都有峰值出現(xiàn)，實部的峰值隨頻率的增大而減小，且峰位向高溫移動；而虛部的峰值隨頻率的增大而增大，峰位也向高溫移動。交流磁化率的實部在低溫下隨頻率而變化，但高溫區(qū)與頻率無關；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這兩個樣品的交流磁化率的虛部都有兩個明顯的峰值，與之對應，交流磁化率的實部在高溫區(qū)有一個明顯的峰值，而低溫區(qū)有一個“肩膀”，說明樣品有兩個玻璃態(tài)，同時討論了體系中存在玻璃態(tài)的原因。最后，我們用一個經(jīng)典的臨界馳豫變緩公式擬合了樣品的凍結溫度，得到了相應的用來表征玻璃態(tài)的特征因子。 對單相鈣鈦礦結構的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，樣品的磁轉變溫度和低溫下的磁化強度都顯著降低，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變，同時分析了產(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Co離子自旋態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)高