雙鈣鈦礦氧化物體系的磁性和電輸運性質(zhì).pdf

1、早在20世紀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始見諸報道。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驗兩個方面都受到了高度的關(guān)注，迄今已成為凝聚態(tài)物理中一個十分活躍的前沿研究領(lǐng)域。 1997年吳茂昆報道了一種不含銅氧面的雙鈣鈦礦材料St2YRul-xCux06，其超導溫度為30 K，屬于高溫超導體，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等人報道了在雙鈣鈦礦氧化物ST2FeMoO6在室溫低場下觀測到顯著的巨磁阻(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)達到10％，42K下達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，遠高于室溫。相對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，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變換組合以及由此帶來的離子間不同類型的交換相互作用，從而為各類電子強關(guān)聯(lián)物理現(xiàn)象的探索研究提供了一個具有重大學術(shù)價值的研究對象。 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，并且對這三個體系的結(jié)構(gòu)、磁性和電輸運性質(zhì)進行了系統(tǒng)的研究，獲得了若干有價值的研究結(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)對樣品的物相成分、晶體結(jié)構(gòu)和晶體表面形貌進行了表征與分析，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射線標準譜比較顯示樣品單相已經(jīng)形成．X射線的實驗結(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)時的特征峰．實驗顯示Zn離子取代Ru離子對晶胞參數(shù)影響很小．振動樣品磁強計(VSM)測量了在常溫下樣品Sr2YRu1-x

6、ZnxO6(x=0,0.1,0.2)磁化強度與磁場強度的關(guān)系，樣品在常溫下顯示順磁性．計算得到Sr2YRuO6中Ru離子的有效磁矩為2.417μB．用標準的四端子測量方法測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，并且實現(xiàn)了由反鐵磁絕緣體向半導體轉(zhuǎn)變．其后，成功制備了雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)Sr2FeRuO6樣品，并且對其衍射數(shù)據(jù)進行了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。由于沒有觀察到超晶格有序峰(111)和(311)，得到Fe離子和Ru離子無序的占據(jù)B位。室溫下磁化曲線表明Sr2FeRuO6具有順磁特征，并且其Neel溫度遠在室溫以上。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測試，首次觀測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，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=