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钙钛矿锰氧化物 Pr_（0.65）Ca_（0.35）MnO_3、Pr_（1-x）Li_xMnO_3（x=0.15、0.18）和Nd_（0.5）Sr_（0.5）MnO_3的结构与物性

作　者: 焦峰
导　师: 李志青
学　校: 天津大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 锰氧化物 电荷有序 低温比热 团簇-自旋玻璃态 磁熵变
分类号: O482.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


利用溶胶凝胶法制备了空穴掺杂型钙钛矿锰氧化物Pr0.65Ca0.35MnO3、Nd0.5Sr0.5MnO3和Pr1-xLixMnO3 （x=0.15, 0.18）,并对其结构和物理性质进行了研究。对Pr0.65Ca0.35MnO3的XRD分析表明,样品为正交结构,属于空间群。对样品低温比热的研究发现,不加磁场时比热中存在着异常大的电子比热线性贡献,这种反常电子比热与样品的宏观导电性是相矛盾的。对样品直流磁性的测量发现,零场降温测量（ZFC）和加场降温测量（FC）的磁化曲线在T = 58 K时分离,表现出团簇玻璃态行为;进一步对交流磁化率的测量发现,磁化强度的实部和虚部的磁化强度都是随着温度的升高而下降,峰位右移,这些都是团簇-自旋玻璃态的特征。如果电子能够在铁磁团簇中巡游,或者由自旋玻璃行为而导致样品自旋无序,并且使得费米能级附近的电子能态密度发生变化,这些都有可能造成我们实验中得到异常的电子比热。Pbnm对Pr1-xLixMnO3 （ ）的物性进行了测量,研究表明样品是正交结构,属于空间群。我们对样品的电输运性质和磁性进行了研究,发现在温度范围内都是绝缘态;ZFC和FC过程测量的磁化曲线表现出与0.65Ca0.35MnO3相似的特征,研究表明样品在低温下是团簇玻璃态。此外,我们对Pr0.85Li0.15MnO3和Pr0.85Li0.18MnO3的磁熵变进行了研究,发现在120 ? 20 K温度范围内两个样品都有较大的磁熵变。当T = 40 K和T = 98 K时,Pr0.85Li0.15MnO3在5 T外磁场下的磁熵变可达3.03 J/kg?K和3.07 J/kg?K,这种低温磁熵变对低温磁制冷技术有着潜在的应用研究价值。对Nd0.5Sr0.5MnO3的导热系数和红外透射吸收谱进行了测量。研究发现随着温度降低,样品由铁磁态转变为电荷有序态时,不同磁场下的导热系数随温度的变化曲线在T = 132 K分离;在这一温度之下,不加磁场的导热系数小于加5 T磁场的导热系数。对样品的红外透射光谱研究发现,样品经历电荷有序转变后,属于拉伸模式的红外吸收特征峰向低频迅速移动,有效载流子数也随之减少。红外吸收特征峰的移动与Mn离子相对于MnO6八面体的运动有关,也就是与晶格畸变相关的Jahn-Teller效应有关。因此,拉伸模式的红外吸收特征峰向低频移动表明晶格的Jahn-Teller畸变在加剧,通常Jahn-Teller畸变的加剧还会导致电子局域化,这正与我们得到载流子数目减少的实验结果是吻合的。当外加强磁场后,电荷有序被破坏,样品转变为铁磁金属态,而铁磁金属态将会减小Jahn-Teller畸变的程度,这已经被大量实验研究结果所证明。因此我们认为,导热系数在电荷有序转变温度附近的变化与Jahn-Teller畸变有关,正是由于Jahn-Teller畸变的加剧使得导热系数减小。当加强磁场使样品转化为铁磁金属态时,由于Jahn-Teller畸变被抑制,实验得到的导热系数明显大于零磁场下的导热系数。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 引言  9-30
  1.1 庞磁电阻效应  9-11
  1.2 掺杂的稀土锰酸盐的晶体结构  11-13
  1.3 电子结构  13-16
  1.4 相分离  16-23
    1.4.1 相分离的概念  16-20
    1.4.2 Pr_(1-x)Ca_xMnO_3 的相分离  20-23
  1.5 电荷有序以及影响电荷有序的各种因素  23-26
  1.6 锰基氧化物的低温比热  26-29
    1.6.1 电子热运动对比热的贡献  26-27
    1.6.2 晶格热运动对比热的贡献  27
    1.6.3 自旋波对比热的贡献  27-28
    1.6.4 超精细结构的比热  28-29
  1.7 本论文的工作  29-30
第二章 样品的制备与表征  30-36
  2.1 实验方法介绍  30-33
    2.1.1 固相反应法  30-31
    2.1.2 溶胶凝胶法  31-33
  2.2 样品的制备  33-34
    2.2.1 多晶Pr_(0.65)Ca_(0.35)MnO_3 块体样品的制备  33-34
    2.2.2 多晶Nd_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3 和Pr 1-xLixMnO_3 系样品的制备  34
  2.3 结构的表征  34-35
  2.4 物理性质的测试  35-36
第三章 Pr_(0.65)Ca_(0.35)MnO_3 的低温比热和团簇-自旋玻璃态研究  36-50
  3.1 空穴掺杂的P11-xCaxMnO_3 (0≤x≤0.5) 的电磁性质  36-39
    3.1.1 多晶Pr_(0.65)Ca_(0.35)MnO_3 的直流磁性  37-39
    3.1.2 多晶Pr_(0.65)Ca_(0.35)MnO_3 的电阻率随温度的变化关系  39
  3.2 钙钛矿锰氧化物的低温比热研究  39-46
    3.2.1 钙钛矿锰氧化物的电子比热研究  39-42
    3.2.2 Pr_(0.65)Ca_(0.35)MnO_3 的低温比热分析  42-46
  3.3 Pr_(0.65)Ca_(0.35)MnO_3 的自旋玻璃态研究  46-48
  3.4 系统无序导致的异常电子比热  48
  3.5 本章小结  48-50
第四章 Pr(1-x)Li_xMnO_3 的结构和物理性质研究  50-62
  4.1 容差因子 和 A 位离子半径对钙钛矿锰酸盐的结构和电磁性质的影响  50-52
  4.2 对多晶Pr_(1-x)Li_xMnO_3 (x=0.15, 0.18) 样品的结构表征  52-53
  4.3 Pr_(1-x)Li_xMnO_3的磁性研究  53-56
  4.4 Pr_(1-x)Li_xMnO_3的磁熵变  56-60
  4.5 Pr_(1-x)Li_xMnO_3 (x=0.15, 0.18) 样品的电输运性质研究  60-61
  4.6 本章小结  61-62
第五章 Nd_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3 的红外透射光谱及导热系数研究  62-70
  5.1 多晶Nd_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3 的磁性和电输运性质  62-63
  5.2 Nd_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3 的红外透射光谱研究  63-68
  5.3 Nd_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3 的导热系数  68-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章 结论  70-72
参考文献  72-78
硕士在读期间已发表和已完成的论文  78-79
致谢  79

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体性质 > 磁学性质
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