收藏本站
《湖北大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

混合价态稀土铬氧化物的高压合成、结构和磁性研究

郭少璞  
【摘要】:钙钛矿结构稀土氧化物,如锰氧化物、钴氧化物和铬氧化物中具有多种磁相互作用,表现出丰富的物理性质,如磁电阻、磁熵变、交换偏置、负磁化、自旋重取向等效应。在锰氧化物和钴氧化物中,多种竞争性的磁相互作用及其相关的物理特性主要与锰和钴的混合价态相关。如锰氧化物,存在+3价和+4价的Mn离子。通过中间的氧离子作为媒介,Mn~(3+)和Mn~(3+)、Mn~(4+)和Mn~(4+)之间发生超交换作用形成反铁磁相互作用,Mn~(3+)和Mn~(4+)之间发生双交换作用产生铁磁相互作用。铬氧化物中的主要磁性来源于Cr~(3+)-O~(2-)-Cr~(3+)之间的超交换作用产生的倾斜反铁磁以及它们和稀土元素之间的反铁磁交换作用。事实上,Cr离子存在着+2、+3、+4等价态,在掺杂和处理过程中,很容易引入+3价之外的价态。而Cr~(2+)(3d~4:t_2~3 _(g )e_g~1)、Cr~(3+)(3d~3:t_2~3 _(g )e_g~0)分别与Mn~(3+)、Mn~(4+)具有相同的电子组态,因此具有混合价态的铬氧化物中也应该存在着多种双交换作用。目前这类磁相互作用很容易被忽视,也缺乏深入研究和清晰的认识。本文中我们利用高温高压合成的手段,在稀土铬氧化物中产生了Cr离子的混合价态,系统研究了样品的晶体结构、价态、不同价态Cr离子之间的磁相互作用及其对磁性能的影响,特别是对各价态Cr离子之间的双交换作用机制进行了初步分析。主要研究内容包括以下几个方面:1.无磁性稀土元素La铬化物LaCrO_3陶瓷的高温高压合成结构和磁性研究。X射线衍射(XRD)测试结果表明样品为典型的倾斜性钙钛矿晶体结构,成相良好。结构精修数据显示相对于常压制备条件,高压样品的晶格体积变大,面间Cr-O(1)-Cr、面内Cr-O(2)-Cr键角均增大,这一异常现象主要是由高压合成中氧不足产生的氧空位导致。X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)测试分析表明氧空位使得部分Cr~(3+)离子转变为+2价,形成+2和+3价Cr离子共存的混合价态。对应Cr~(3+)-O~(2-)-Cr~(3+)超交换作用和Cr~(2+)-O~(2-)-Cr~(3+)双交换作用,热磁曲线中可以观察到高温的顺磁到反铁磁的相变(同时在场冷模式下观察到由于DM相互作用产生的弱铁磁相互作用)和低温的铁磁相互作用增强。不同温度下的磁滞回线测量中,高场下磁化强度的急剧增高现象进一步证明了两种磁相互作用的存在。2.LaCr_(0.7)Cu_(0.3)O_3陶瓷的高温高压合成及磁性研究,通过高压合成LaCr_(0.7)Cu_(0.3)O_3,发现样品晶体结晶度较高,无铜氧化物杂相。XPS测试结果表明Cu离子存在+2、+3两种价态,Cr离子存在+2、+3、+4价态。与文献中常压制备的LaCr_(1-x)Cu_xO_3相比,高压样品不仅提高了Cu的掺杂浓度,而且获得了Cu~(2+),从而产生了Cr~(4+)。磁性测试表明在Neel温度以下磁矩出现了两次明显的磁相变,我们认为它们分别对应于Cr~(3+)-O~(2-)-Cr~(4+)、Cr~(2+)-O~(2-)-Cr~(3+)中双交换作用带来的铁磁相互作用。Cr~(3+)-O~(2-)-Cr~(4+)之间的双交换作用目前尚未看到报道,我们根据其电子结构(Cr~(3+)3d~3:t_2~3 _(g )e_g~0,Cr~(4+)3d~2:t_2~2 _(g )e_g~0),认为低温的铁磁相变为Cr~(3+)-O~(2-)-Cr~(4+)结构中t_(2g)电子跳跃的双交换作用产生的铁磁相互作用。不同温度的磁滞回线中,高场下磁化强度的变化趋势也进一步确认了多种铁磁相互作用的存在。3.磁性元素Yb的铬氧化物YbCrO_3陶瓷的高温高压合成、结构及其磁性研究。XRD测试表明高压样品成相均匀且为单相,精修结果发现YbCrO_3在高温高压条件下晶格体积膨胀,XPS测试数据分析得出Cr离子中存在的+2,+3两种价态,出现Cr~(2+)-O~(2-)-Cr~(3+)双交换作用,磁性测试表明高压样品奈尔温度(117 K)低于常压样品(119 K),且高压样品交换偏置场减小,这主要因为晶格膨胀及Cr~(2+)的产生减弱了Cr~(3+)-O~(2-)-Cr~(3+)倾斜反铁磁相互作用。
【学位授予单位】:湖北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O482.5

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李旭升;;国外岩矿石磁性研究的发展概况[J];国外地质勘探技术;1983年09期
2 何铨;一种可能的磁相互作用超导机制[J];自然杂志;1979年01期
3 张鹏翔;表面磁性的新探针──极化低能正电子[J];物理;1983年05期
4 朱洪玉;关于磁相互作用能的讨论[J];大学物理;1987年01期
5 吴昌衡,庄育智;稀土-过渡金属化合物结构和磁性研究简介[J];物理;1990年02期
6 钟文定 ,杨正;锰铋合金在不同热处理后的磁性研究[J];物理学报;1962年04期
7 Robert S.Carmichael;余钦范;;岩石与矿物的磁性[J];国外地质勘探技术;1990年06期
8 李色篆,张益民;金属矿床岩矿石磁性研究方法及应用[J];物探与化探;1984年05期
9 李爽;;拆拼搭合,感受神奇的分子磁性世界——访北京大学化学与分子工程学院院长高松教授[J];中国科技奖励;2007年10期
10 李色篆,张益民;金属矿床岩矿石磁性研究方法及应用[J];物探与化探;1984年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 段纯刚;;电控磁性研究的最新进展[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 高恩庆;王艳琴;李修兵;;混金属型单链磁体的磁性调控初探[A];第六届全国物理无机化学会议论文摘要集[C];2012年
3 刘建强;侯万国;颜世申;代由勇;;Co-Fe-LDH的制备及其煅烧产物的磁性研究[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年
4 李钰梅;邢光建;王怡;武光明;;室温铁磁性Zn1-xCoxO薄膜的制备及磁性研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
5 孟昭莎;童明良;高松;;系列稀土-镉异金属簇合物的合成、结构与磁性研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第06分会:稀土材料化学及应用[C];2014年
6 王玲玲;胡望宇;舒小林;盛霞;张邦维;;Fe-Sn-B合金镀层的磁性[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
7 姜宪荣;冯云龙;;3,5-二氧乙酸苯甲酸构筑的一个新的混合价态的Mn~Ⅱ/Mn~Ⅲ配合物[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
8 邢宏珠;苏钽;朱恩博;杨玮婷;赵朗;唐金魁;于吉红;徐如人;;18-元环超大孔亚磷酸镍的离子热合成与磁性表征[A];第十五届全国分子筛学术大会论文集[C];2009年
9 马旭村;H.L.Meyerheim;J.Barthel;J.Kirschner;;磁纳米条纹的有机图案模板法制备、微结构和磁性研究[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
10 崔光磊;顾民;于尧;;氢气氛下紫外光辐照C_(60)的磁性研究[A];第十五届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 本报记者 王皓;为探索分子磁性奥秘不断前行[N];北京日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭东林;缺陷诱导纳米氧化物(ABO_x)室温磁性和铋硫化合物各向异性热电性能研究[D];重庆大学;2015年
2 黄晓明;合金团簇结构和磁性的第一性原理研究[D];大连理工大学;2015年
3 赵银昌;硼基与硅基纳米材料的电子结构、磁性及超导电性研究[D];清华大学;2016年
4 张海峰;基于含羟基有机小分子单分子磁体的合成、结构及磁性研究[D];苏州大学;2017年
5 孙毅谦;半导体纳米结构中可调控的磁相互作用[D];吉林大学;2014年
6 杨子元;新型材料中过渡金属激活离子的磁相互作用及其微观自旋哈密顿理论研究[D];西安电子科技大学;2005年
7 文剑锋;石墨基碳材料及其氮掺杂体系的磁性研究[D];南京大学;2012年
8 初学峰;混合价态锰氧化物的可控合成与表征[D];吉林大学;2013年
9 高乔;多钼钒氧簇配合物的合成、晶体结构和性质研究[D];东北师范大学;2015年
10 曹为民;电结晶制纳米金属多层膜及其磁性的研究[D];上海大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭少璞;混合价态稀土铬氧化物的高压合成、结构和磁性研究[D];湖北大学;2017年
2 张晓敏;双重分子磁开关的分子设计与磁性研究[D];东华理工大学;2015年
3 李锐;易面型(Ce_(1-x)Sm_x)_2Fe_(17)N_(3-δ)及Y_2Fe_(14-x)Co_xB微粉复合材料的微波磁性研究[D];兰州大学;2015年
4 张青民;新型磁性Cu-BTC催化剂的制备及其催化性能研究[D];北京化工大学;2015年
5 刘欢欢;亚毫米磁性单元制备及其高频磁性能的研究[D];电子科技大学;2014年
6 何彦兵;非磁性离子掺杂MnZn铁氧体的磁性研究[D];广西师范大学;2015年
7 朱雁;稀土镝配合物的合成、结构和磁性研究[D];东华理工大学;2014年
8 毛海欣;磁性碳材料的制备、改性及其吸附抗生素的特性[D];太原理工大学;2016年
9 张晓静;新型低维多功能分子磁性材料分子设计、合成及磁性研究[D];东华理工大学;2016年
10 王昱天;外延生长铁单晶薄膜的高频磁性[D];兰州大学;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026