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钙钛矿结构锰氧化物的合成及性质研究

2020-11-23阅读(726)

钙钛矿结构锰氧化物的合成及性质研究

论文摘要

近年来，随着金属多层膜，磁隧道结和钙钛矿锰氧化物等材料中磁阻现象的发现，以研究磁阻效应的机理和应用为目的的磁电子学迅速发展。这其中钙钛矿结构的稀土锰氧化物以其超大的磁阻值和丰富的物理内涵而备受瞩目。尽管人们对此已做了大量的工作，但是对这类氧化物的深入认识直至超大磁电阻效应物理机制的合理解释仍需做艰苦细致的努力。本论文选择锰基钙钛矿稀土氧化物作为研究对象，系统地研究了与Mn相邻的过渡金属取代Mn离子后产生的B位的变化和B位原子之间的相互作用对氧化物的结构、磁性和磁阻性质的影响，以及A位的取代对性质的影响，希望对该系列化合物中电、磁性质的变化规律和相互作用机理作出合理的解释。我们选择了La0.7Ca0.3MnO3作为母体化合物。并通过过渡金属离子Cr，Ti，Ni，Fe对Mn离子取代来研究B位原子的变化对性质的影响。结果发现，Cr3+因为与Mn4+具有相同的电子形态而能够参与双交换作用，使掺杂Cr3+的系列样品的磁化强度随Cr含量的增加而增加。而掺杂Ti4+，Ni（2+），Fe3+离子的化合物虽然与Mn离子之间的相互作用各不相同，但引起的磁性变化却是相同的。这四种元素的掺杂都提高了体系的电阻率。通过对这几种过渡金属取代的比较，发现在La(0.7Ca0.2O3中对Mn离子进行取代的离子和Mn离子之间的交换作用对磁性质的影响并不起主要作用，掺杂引起的主要作用是致使Mn位的无序度增加和对双交换作用的稀释和阻碍。目前n=3的层状钙钛矿研究较少，但是由于该化合物具有结构可变性和理论上可以解释磁转换机理，我们对Ca4-xBixMn3O10-δ和A位缺失的La3-xCaMn3O10-δ进行了深入的研究。在Ca4-xBixMn3O10+δ（0=x=0.4）中随Bi3+含量的增加，我们发现Ca4-xBixMn3O10-δ中磁化强度在x＜0.2的范围内随x增加而增强，在高于0.2的掺杂范围后随x的增加而逐渐降低。这一区间的磁结构是由基态x=0时的G—AFM向x=0.4时的C—AFM转变的过程。这可以由Mn离子之间较强的超交换作用来解释。在研究LaxCa4-xMn3O10-δ（x=0～0.3）的电性和磁性时，发现A位离子失配对磁性的影响与二价金属离子取代La3+产生的结果相似，都使得铁磁性增加，但在三层钙钛矿中的结构有相对的弹性，因此磁电阻并没有随A位失配度的增加而增加。我们利用简单的预制基底法合成了长度达到50uμm的La0.7(Sr0.3MnO3纳米棒，发现其形态的改变使得居里温度由原来的360K降低到240K。我们利用固相法和熔盐法结合合成了结晶良好的Lao0.07Sr0.3MnO3纳米颗粒。并发现加入盐的比例对居里温度有很大影响。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 文献综述
  • 1.1 引言
  • 1.2 磁电阻效应研究进展
  • 1.3 磁电阻效应介绍
  • 1.3.1 传统意义上的磁电阻
  • 1.3.2 巨磁电阻效应（GMR）
  • 1.3.3 隧穿磁阻（TMR）
  • 1.3.4 庞磁电阻效应（CMR）
  • 1.4 钙钛矿化合物的结构特点和巨磁阻性质的理论基础
  • 1.4.1 钙钛矿化合物的结构
  • 1.4.2 化学方面的变化和优点
  • 1.4.3 结构的变化以及相关考虑
  • 1.4.4 层数的变化
  • 1.5 钙钛矿结构化合物中的CMR效应
  • 1.5.1 双交换作用（Double Exchange）
  • 1.5.2 超交换（Superexchange）
  • 1.5.3 Jahn-Teller效应
  • 1.5.4 几种类型的磁有序
  • 1.5.5 CMR机理研究
  • 1.6 层状钙钛矿结构的磁性和输运性质
  • 3型钙钛矿的CMR效应'>1.6.1 ABO3型钙钛矿的CMR效应
  • 3Mn2O7型层状钙钛矿的巨磁阻效应'>1.6.2 Ln3Mn2O7型层状钙钛矿的巨磁阻效应
  • 4Mn3O10层状钙钛矿'>1.6.3 Ca4Mn3O10层状钙钛矿
  • 1.7 钙钛矿电输运性质
  • 1.8 其它形式的磁电阻效应
  • 1.8.1 压阻效应和光阻效应
  • 1.8.2 Hall效应
  • 1.9 本文的研究思路和实验方法
  • 第2章 实验部分
  • 2.1 主要化学试剂
  • 2.2 主要仪器
  • 2.2.1 热分析
  • 2.2.2 X-Ray分析
  • 2.2.3 确定结构
  • 2.2.4 场发射扫描电镜（SEM）分析
  • 2.2.5 X-光电子能谱测量
  • 2.2.6 磁性测试
  • 2.2.7 电阻率测试
  • 2.2.8 磁阻的计算
  • 0.7Ca0.3Mn1-xTxO3（T=Ti,Ni,Fe,Cr）的合成及磁性和电性研究'>第3章 La0.7Ca0.3Mn1-xTxO3（T=Ti,Ni,Fe,Cr）的合成及磁性和电性研究
  • 引言
  • 3.1 最优的合成条件
  • 0.7Ca0.3MnO3粉体磁性的影响'>3.1.1 不同水浴温度对La0.7Ca0.3MnO3粉体磁性的影响
  • 0.7Ca0.3MnO3粉体磁性的影响'>3.1.2 不同柠檬酸加入比例对La0.7Ca0.3MnO3粉体磁性的影响
  • 0.7Ca0.3MnO3粉体磁性的影响'>3.1.3 不同pH值对La0.7Ca0.3MnO3粉体磁性的影响
  • 0.7Ca0.3MnO3粉体磁性和粒径的影响'>3.1.4 不同煅烧温度、时间对La0.7Ca0.3MnO3粉体磁性和粒径的影响
  • 3.1.5 最优的合成条件
  • 0.7Ca0.3Mn1-xTixO3（x=0.1～0.3）样品的结构和电磁性质'>3.2 La0.7Ca0.3Mn1-xTixO3（x=0.1～0.3）样品的结构和电磁性质
  • 0.7Ca0.3Mn1-xTixO3的样品的制备XRD及结构分析'>3.2.1 La0.7Ca0.3Mn1-xTixO3的样品的制备XRD及结构分析
  • 0.7Ca0.3Mn1-xTixO3的磁性研究'>3.2.2 La0.7Ca0.3Mn1-xTixO3的磁性研究
  • 0.7Ca0.3Mn1-xTixO3传输性质的研究'>3.2.3 La0.7Ca0.3Mn1-xTixO3传输性质的研究
  • 0.7Ca0.3Mn1-xTixO3磁阻特性的研究'>3.2.4 La0.7Ca0.3Mn1-xTixO3磁阻特性的研究
  • 0.7Ca0.3Mn1-xNixO3样品的结构和性质'>3.3 La0.7Ca0.3Mn1-xNixO3样品的结构和性质
  • 0.7Ca0.3Mn1-xNixO3制备和XRD及结构分析'>3.3.1 La0.7Ca0.3Mn1-xNixO3制备和XRD及结构分析
  • 3.3.2 样品的XPS分析
  • 3.3.3 样品的磁性研究
  • 3.3.4 样品的输运特性的研究
  • 3.3.5 样品磁阻特性的分析
  • 0.7Ca0.3Mn1-xFexO3样品的结构和性质'>3.4 La0.7Ca0.3Mn1-xFexO3样品的结构和性质
  • 0.7Ca0.3Mn1-xFexO3的XRD以及结构分析'>3.4.1 La0.7Ca0.3Mn1-xFexO3的XRD以及结构分析
  • 3.4.2 样品的XPS分析
  • 3.4.3 样品的磁性研究
  • 3.4.4 样品的输运特性研究
  • 3.4.5 样品磁阻特性的分析
  • 0.7Ca0.3Mn1-xCrxO3的合成、电性和磁性研究'>3.5 Cr掺杂的La0.7Ca0.3Mn1-xCrxO3的合成、电性和磁性研究
  • 3.5.1 样品的XRD和结构分析
  • 3.5.2 Cr离子的XPS分析
  • 3.5.3 样品的磁性研究
  • 3.5.4 样品输运性质的研究
  • 3.5.5 样品磁阻的研究
  • 3.6 不同离子的Mn位替代的比较
  • 3.7 本章小结
  • 第4章 三层钙钛矿氧化物的磁性和电性研究
  • 引言
  • xCa4-xMn3O10-δ（O=X=0.4）系列样品的研究'>4.1 BixCa4-xMn3O10-δ（O=X=0.4）系列样品的研究
  • 4.1.1 样品的制备
  • 4.1.2 样品的差热—热重分析
  • 4.1.3 样品的XRD和结构分析
  • 4.1.4 样品的磁性研究
  • 4.1.5 样品的电性研究
  • 4.1.6 样品磁阻的研究
  • 3-xCaMn3O10-δ系列样品的研究'>4.2 La3-xCaMn3O10-δ系列样品的研究
  • 4.2.1 样品的制备
  • 4.2.2 样品的XRD分析
  • 4.2.3 样品的磁性研究
  • 4.2.4 样品的输运性质的研究
  • 4.2.5 样品磁阻性质的研究
  • 4.3 本章小结
  • 0.7Sr0.3MnO3及其磁性研究'>第5章 熔盐法合成La0.7Sr0.3MnO3及其磁性研究
  • 引言
  • 0.7Sr0.3MnO3纳米棒'>5.1 固相法合成La0.7Sr0.3MnO3纳米棒
  • 5.1.1 实验步骤
  • 0.7Sr0.3MnO3的XRD分析'>5.1.2 La0.7Sr0.3MnO3的XRD分析
  • 0.7Sr0.3MnO3的纳米棒的SEM'>5.1.3 La0.7Sr0.3MnO3的纳米棒的SEM
  • 0.7Sr0.3MnO3的纳米棒的磁性分析'>5.1.4 La0.7Sr0.3MnO3的纳米棒的磁性分析
  • 0.7Sr0.3MnO3纳米颗粒'>5.2 固相—熔盐法制备La0.7Sr0.3MnO3纳米颗粒
  • 5.2.1 制备方法
  • 5.2.2 XRD以及结构分析
  • 5.2.3 电镜分析
  • 5.2.4 磁性分析
  • 5.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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