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磁性双钙钛矿陶瓷的制备、结构及物性研究

王金凤  
【摘要】:磁性双钙钛矿氧化物因其具有独特的结构和磁电性能,及在磁存储设备和自旋电子学器件方面的潜在应用,广受凝聚态物理学和材料学研究人员的青睐。作为磁性双钙钛矿氧化物的代表,亚铁磁材料Sr2FeMoO6(SFMO),因其具有半金属性(费米能级上的电子100%自旋极化)、优越的室温低场磁阻以及高达-420K的居里温度,被认为是集丰富物理内容和潜在技术应用于一体的材料体系。因此,SFMO自1998年被报道以来,随即成为人们争相报道的材料之一。在本论文中,我们选取SFMO作为主要的研究对象,以调控B位Fe/Mo有序度为核心内容,实现对材料输运和磁性的调控,并讨论了结构和物性之间的内在联系。我们分析了了影响SFMO低场磁阻(Low-field magnetoresistance, LFMR)的晶界效应(grain boundary, GB)和Fe/Mo反位缺陷(anti-site defect, ASD)的影响。基于比较的结果,设想在不牺牲磁性的情况下优化LFMR效应。.除SFMO之外,我们还对Sr2MnWO6-基双钙钛矿做了一些探索性工作。具体内容如下: (1)基于大量探索实验参数(烧结温度、烧结气氛、烧结时间和气氛流量)对SFMO成相以及ASD含量的影响,我们只需简单改变烧结时间(16-4h),便可有效地定量控制SFMO中的ASD含量为2%-20%之间。系统研究了ASD和磁性、输运、磁阻及居里温度(Tc)之间的关系,并用Monte Carlo模拟探讨了ASD、饱和磁矩(Ms)和Tc三者之间的依存关系。(第三章)。 (2)在(1)的基础之上,综合调整烧结时间和气氛流量,可控合成了ASD含量为2%-38%的SFMO陶瓷,研究了SFMO中GB和ASD效应对其LFMR的竞争和协同作用。其结论为:欲优化SFMO陶瓷的LFMR效应,需首先合成ASD含量小于26%的样品,然后尽可能增加电阻率以求提高GB效应。(第三章)。 (3)基于(2)的结论,为优化LFMR效应,常温浸泡ASD含量为10%的SFMO陶瓷。浸泡溶液为VGly/VH2O=1/19和VGly/VH2O=1/1的甘油/水混合液,两组分分别析出绝缘相SrMoO4和渗进甘油于晶界处,修饰了晶界而显著提高了LFMR响应,并能较好地保存了SFMO的磁性(第四章)。 (4)在5d元素Ir替代B-位(FeMo)的Sr2(FeMo)1-xIrx06体系中,我们系统地研究其结构、磁性、输运以及磁阻性质和Ir含量之间的关系。掺杂极限仅为0.06的Ir替代对SFMO物性影响非常明显,启发我们在SFMO的A/B位用其他元素替代的研究。(第四章)。 (5)在优化传统的固相烧结基础之上,成功制备出B-位失配比的Sr2Mn(1+x)W(1-x)O6(0≤x≤3/5)系列陶瓷。随着x的增加,晶体结构出现了由单斜相到四方相的转变、敏感的Mn元素化合价分别呈现出+2、+2/+3、+3、+3/+4单价或者混价态、磁相互作用从绝对占优势的反铁磁耦合逐渐演化成略占优势的反铁磁耦合、电阻率数值很大甚至无法测出。我们系统地分析了以上实验现象的物理原因。(第五章)。


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