过渡金属掺杂ErMnO3的合成与磁性能研究(2)
2.1.4 实验所需仪器和设备 .. 14
2.2 ErMnO3粉体的制备 15
2.2.1 ErMnO3粉体制备 15
2.2.2 掺杂Fe的ErMnO3粉体制备 . 16
2.2.3 ErMnO3粉体的表征 .. 16
3 实验结果与讨论 18
3.1 XRD物相分析 .. 18
3.1.1 ErMnO3的XRD 物相分析 18
3.1.2 ErMn1-xFexO3的 XRD物相分析 19
3.2 ErMnO3粉体的磁性分析 . 24
3.3 ErMnO3粉体的TEM 形貌分析 .. 25
4 结论 .. 26
致谢 27
参考文献 . 28
1 文献综述 1.1 前言 现代电子磁性材料的研究都集中在多功能特性,旨在对发展高密度,非易失性,以及低能量消耗大量信息存储设备。 特别是多铁材料,多铁材料一般同时具有铁电性和铁磁性。而其中控制磁特性的可能与电场和介电性能受磁场在不同类型的化合物研究,特别是在稀土锰氧化物AMnO3（A-稀土）的研究领域日益升温,其中关于稀土锰化物的磁性能研究更是近年来的热点问题。 稀土锰氧化物,即钙钛矿结构锰氧化物由于表现出非常大的磁电阻效应和丰富的物理内涵,如伴随着导电性的转变磁相变表现出相应的转变,电荷序,轨道序,自旋序,晶格效应,双交换作用以及John-Teller效应以及它们之间的相互藕合等等,从而激发了人们对它的巨大兴趣。从二十世纪五十年代起,Jonker和 VanSanten通过掺杂 LaMnO3对该系列材料的的磁性和导电性进行了研究,发现磁性与电子输运之间存在密切的关系[1]。掺杂导致的低温下的反铁磁与铁磁、绝缘体与金属导体性质的转变现象,La0.7Ca0.3MnO3磁电阻的大小和样品的磁化强度成正比,因此认为铁磁性与金属导电性有巨大的关联[4]。 人们为了获取更现实的应用目的,尝试通过各种手段来对锰氧化物进行掺杂和改性,其中包括对A位进行碱金属掺杂,引入多重价态离子以及对 B位Mn 离子的替代。其中 Fe3+离子由于其半径与Mn3+离子相近,不会引起晶格变形等优势被视为研究稀土锰化物重要方向。
稀土锰氧化物由于其载流子自旋极化率接近 100%,且在铁磁转变居里温度附近表现出巨磁阻效应（指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象）引起人们的广泛兴趣,而镧系稀土锰氧化物更是备受关注。研究发现,多晶锰氧化物在较低磁场下仍然能够表现出较好的低场磁电阻效应。近年来,发展前景良好的传感器材料和钙钛矿结构稀土锰氧化物的磁卡效应研究再次引起广泛关注。大部分稀土元素的磁矩都很高,有利于产生大的磁熵变,但居里温度偏低。人们普遍认为,利用掺杂使锰氧化物的居里温度接近理想值,同时又保持其具有大的磁熵变这一特点,有可能取得新的突破。 1.2 稀土锰氧化物简介 1.2.1 稀土锰氧化物的结构 稀土锰氧化物（AMnO3,A=rare earths,即稀土）,也常称之为钙钛矿锰氧化合物。稀土锰氧化物的晶体结构一般分为正交相和吹冰方相两种结构。当稀土吹冰角氧化物多铁性材料（A=Y,Er,Tm,Yb,Lu,Sc 等）形式的稀土氧化物,被证明是具有铁电反铁磁性的多铁性材料。稀土锰氧化物结晶成不同结相 A 为 Y,Er,Tm,Yb,Lu 时,其离子半径较小,在锰氧化物中形成吹冰角结构；当A 为 La,Ce,Pr,Nd,Sm,Tb,Eu,Gd,Dy等具有较大的离子半径的稀土元素时,其锰氧化物为正交钙钛矿相[3]。理想情况下,钙钛矿型锰酸盐稀土氧化物为 AMnO3的立方结构,A 通常为半径大的阳离子,如碱土金属或稀土类元素等,B 通常为半径较小的阳离子,如过渡族金属。未畸变的钙钛矿型 AMnO3氧化物属于 Pm3m 空间群。如果以 A离子为立方晶胞的顶点,则 O 和 B 分别处于面心和体心的位置,此外 ABO3型结构晶体也可以看成由 A-O 层和 B-O 层交迭构成,其中稀土离子处于立方晶胞中心,称之为 A 位,而Mn位于氧八面体的中心位置,即B位,O位于立方晶胞各棱边的中点,两个Mn 原子之间。下图即为稀土锰氧化物的典型晶体结构。