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《河北科技大学》 2016年
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过渡金属氧化物Sr_2IrO_4及掺杂的制备和电磁特性的研究

李红彦  
【摘要】:本文以过渡金属氧化物Sr_2IrO_4为主要研究对象,因为这种材料的结构不但和K_2NiO_4(La_2CuO_4)高度相似而且在电性和磁性方面有许多有趣的现象。这里运用传统的固相合成法对样品进行了制备,通过X射线衍射、物理性质测量系统和磁学测量系统以及扫描电子显微镜等实验方法对多晶样品进行了表征和电磁性质的研究。依据实验数据可以得到该材料的电阻随着温度的降低逐渐增大。特别是当温度降于50K左右时,电阻急速上升。这表明本该具有金属性的Sr_2IrO_4材料是具有弱铁磁性的绝缘体,即莫特绝缘体。Sr_2IrO_4材料在240K左右有明显的磁转变现象出现。150K附近,零场冷和场冷两条曲线发生了分叉现象,有趣的是零场冷的磁化曲线在95K急速下降至所测的最低温度,而场冷磁化曲线则是逐渐上升。这个现象可能与它的本征性质有关。我们还对具有5d电子组态过渡金属氧化物Sr_2IrO_4掺杂Ti元素后进行了细致的探索,对掺杂浓度为百分之十的材料的制备和物理性质进行了研究。数据表明多晶材料Sr2Ir0.9Ti0.1O4的电阻行为与绝缘体一致,尽管磁转变温度在240K附近并未发生改变,但是磁化强度变小。另外也对Sr_(1.95)La_(0.05)IrO_4和Sr_(1.95)Ca_(0.05)IrO_4进行了研究。La元素掺杂后的样品电阻变小,磁性转变被抑制。Ca元素掺杂后的样品,电阻和磁化强度变大,这与它自身的离子半径有关,从而对氧六面体结构产生影响。我们猜想随着La元素掺杂浓度的增加,材料可能会呈现超导性。随着Ca元素掺杂浓度增加,材料绝缘性更强。其次研究了同为钙钛矿结构的过渡金属氧化物SrTiO_(3-δ)材料,发现它呈现金属性,这与它的氧空位有关。综上所述,本文对研究过渡金属氧化物Sr_2IrO_4和SrTiO_(3-δ)的性质提供了重要的参考价值,加深了我们对此体系的理解。
【关键词】:过渡金属氧化物 钙钛矿结构 莫特绝缘体 掺杂 磁转变温度 磁化强度 氧空位
【学位授予单位】:河北科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O482
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 绪论9-15
  • 1.1 过渡金属氧化物9
  • 1.2 莫特(Mott)绝缘体9-10
  • 1.3 钙钛矿结构和类钙钛矿结构10-11
  • 1.4 选题意义与国内外研究现状和存在的问题11-14
  • 1.4.1 选题意义11-12
  • 1.4.2 国内外研究现状12-13
  • 1.4.3 存在的问题与不足13-14
  • 1.5 研究内容14-15
  • 第2章 材料制备与物性研究的实验方法15-21
  • 2.1 材料制备的实验方法15
  • 2.2 材料的表征和物性研究所用到的实验技术15-20
  • 2.3 本章小结20-21
  • 第3章 Sr_2IrO_4的制备表征与电磁性质研究21-29
  • 3.1 过渡金属氧化物Sr_2IrO_4的结构21-22
  • 3.2 过渡金属氧化物Sr_2IrO_4样品的制备22-23
  • 3.3 样品的表征23-26
  • 3.3.1 XRD表征23-24
  • 3.3.2 SEM形貌表征24-25
  • 3.3.3 EDS表征25-26
  • 3.4 Sr_2IrO_4材料电磁性质的研究26-27
  • 3.4.1 电性质的研究26
  • 3.4.2 磁性质的研究26-27
  • 3.5 本章小结27-29
  • 第4章 Ti掺杂制备表征与电磁性质研究29-37
  • 4.1 Sr_2Ir_(0.9)Ti_(0.1)O_4样品的制备29-30
  • 4.2 样品的表征30-32
  • 4.2.1 XRD表征30
  • 4.2.2 SEM形貌表征30-31
  • 4.2.3 EDS表征31-32
  • 4.3 Sr_2Ir_(0.9)Ti_(0.1)O_4电磁性质的研究32-34
  • 4.3.1 Sr_2Ir_(0.9)Ti_(0.1)O_4的电性质的研究32-33
  • 4.3.2 Sr_2Ir_(0.9)Ti_(0.1)O_4的磁性质的研究33-34
  • 4.4 本章小结34-37
  • 第5章 La、Ca掺杂制备及电磁性质研究37-45
  • 5.1 样品的制备37-38
  • 5.1.1 多晶材料Sr_(1.95)La_(0.05)IrO_4样品的制备37
  • 5.1.2 多晶材料Sr_(1.95)Ca_(0.05)IrO_4样品的制备37-38
  • 5.2 样品的表征38-42
  • 5.2.1 XRD表征38-39
  • 5.2.2 SEM形貌表征39-40
  • 5.2.3 EDS表征40-42
  • 5.3 电磁性质研究42-43
  • 5.3.1 材料电性质的研究42
  • 5.3.2 材料磁性质的研究42-43
  • 5.4 本章小结43-45
  • 第6章 缺氧SrTiO_(3-δ)材料的结构及物性研究45-51
  • 6.1 缺氧SrTiO_(3-δ)的结构45-46
  • 6.2 缺氧SrTiO_(3-δ)薄膜的制备方法46-48
  • 6.3 缺氧SrTiO_(3-δ)薄膜的XRD表征48-49
  • 6.4 缺氧SrTiO_(3-δ)材料的电性研究49-50
  • 6.5 本章小结50-51
  • 结论51-53
  • 参考文献53-57
  • 致谢57

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