幾種ABO3型稀土錳鐵氧化物的水熱合成及其磁性研究.pdf

1、ABO3型復(fù)合氧化物對A位和B位離子半徑與價態(tài)具有相當(dāng)大的容忍性，有利于材料摻雜改性與新體系合成。其中，ABO3型Mn、Fe基稀土復(fù)合氧化物因其豐富的磁、電等物理性質(zhì)和優(yōu)異的物理效應(yīng)，如巨磁阻效應(yīng)和多鐵性等，而成為當(dāng)前功能材料和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究熱點之一。目前，人們就此開展的研究主要建立在高溫合成的基礎(chǔ)上，但許多已顯示或具有潛在優(yōu)異物理效應(yīng)的ABO3型Mn、Fe基稀土復(fù)合氧化物屬亞穩(wěn)相，高溫合成法難以制備高質(zhì)量的單相晶體產(chǎn)物，影響了研

2、究進展。水熱合成為制備亞穩(wěn)相開辟了一條新的途徑。本文選擇具有磁阻效應(yīng)或多鐵性的四個ABO3型Mn、Fe基稀土復(fù)合氧化物體系為研究對象，采用水熱技術(shù)合成了各體系單相晶體產(chǎn)物，特別是一些亞穩(wěn)相；對合成條件與產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、元素價態(tài)、微觀形貌和磁、電性質(zhì)進行了表征和研究。
　　A位摻雜正交錳酸釔是磁阻效應(yīng)研究中的一個典型體系，其電荷有序相及E型反鐵磁對稱交換收縮引起的鐵電性也正成為多鐵性研究中的熱點。本文采用水熱技術(shù)合成了正交Y

3、1-xCaxMnO3（x=0，0.07，0.55和0.65）四個單相產(chǎn)物，實現(xiàn)了在0≤x0.25和0.5≤x≤0.75范圍內(nèi)合成正交單相Y1-xCaxMnO3的突破。產(chǎn)物均為正交單相，具有規(guī)整的形貌和良好的結(jié)晶狀態(tài)。Y1-xCaxMnO3（x=0）和Y1-xCaxMnO3（x=0.07）顯示類自旋玻璃行為；Y1-xCaxMnO3（x=0.55）顯示明顯的電荷有序、反鐵磁轉(zhuǎn)變和類自旋玻璃行為；Y1-xCaxMnO3（x=0.65）顯示非常

4、強的電荷有序信號和反鐵磁轉(zhuǎn)變，但未顯示類自旋玻璃特征，低溫磁化強度劇烈增加，表明體系中存在Dzialoshinsky-Moriya各向異性超交換作用。Y1-xCaxMnO3（x=0.65）在4K時顯示了明顯的磁滯行為，表明樣品在低溫下存在較強的局域短程鐵磁作用。Y1-xCaxMnO3（x=0.55和0.65）顯示了半導(dǎo)體輸運性質(zhì)和小磁阻效應(yīng)，電導(dǎo)機制符合高相關(guān)電子變程跳躍模型。
　　稀土正鐵氧體（RFeO3）因其潛在的室溫多鐵性而

5、成為多鐵性材料研究中的又一亮點。本文采用水熱技術(shù)合成了系列稀土正鐵氧體RFeO3（R=Pr~Lu）單相產(chǎn)物，并對其合成條件與晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌和磁相變進行了系統(tǒng)的表征和研究。產(chǎn)物均為正交單相，具有規(guī)整的形貌和良好的結(jié)晶狀態(tài)，晶體成核與生長受沉淀-溶解機制控制。通過磁性測量表征了Fe3+的反鐵磁轉(zhuǎn)變、自旋重取向轉(zhuǎn)變、磁化強度反轉(zhuǎn)及R3+的磁有序轉(zhuǎn)變等磁相變。與傳統(tǒng)合成方法相比，水熱合成樣品的磁特性表現(xiàn)出一定的不同之處，特別是傳統(tǒng)非自旋重取

6、向化合物EuFeO3和LuFeO3顯現(xiàn)了自旋重取向跡象。
　　正交TbMnO3、DyMnO3和HoMnO3具有較強的磁電耦合作用，引起了廣泛關(guān)注。B位摻雜會引起 MnO6八面體結(jié)構(gòu)變化和交換作用變化，進而影響材料的性質(zhì)，對研究其多鐵性具有一定的啟發(fā)。本文采用水熱技術(shù)合成了B位錳、鐵雙摻雜的稀土復(fù)合氧化物RMn0.5Fe0.5O3（R=Tb，Dy和Ho）。分析表明，產(chǎn)物是符合化學(xué)計量比、結(jié)晶狀態(tài)良好、形貌規(guī)整的正交單相化合物，B位元

7、素均為+3價。磁性分析給出了三個樣品的反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度和自旋重取向溫區(qū)。TbFe0.5Mn0.5O3顯示了磁化強度反轉(zhuǎn)，高磁場能夠扭轉(zhuǎn)磁化強度方向，自旋重取向開始及停止溫度與外磁場強度呈線性關(guān)系。TbFe0.5Mn0.5O3和DyFe0.5Mn0.5O3在低溫下顯現(xiàn)了稀土離子的反鐵磁轉(zhuǎn)變。三個試樣在2K和300K下均顯示一定的弱鐵磁性。
　　六方RMnO3具有幾何鐵電性，是研究較多的多鐵性材料之一，但其反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度亟待提高。本文采

8、用水熱技術(shù)合成了Fe摻雜的六方稀土錳氧化物RMn1-xFexO3（R=Er，Tm，Yb和Lu；x=0，0.1，0.3和0.5）。結(jié)構(gòu)分析顯示， ErMnO3和RMn1-xFexO3（R=Tm，Yb和Lu；x=0，0.1，0.3和0.5）均為六方單相，ErMn1-xFexO3（x=0.1，0.3和0.5）為正交和六方混相。Fe摻雜使沿c軸方向的Mn-O鍵拉長，a-b面內(nèi)的Mn-O鍵縮短，晶格參數(shù) c增大而 a減小。Fe摻雜有效提高了產(chǎn)物的