碱土金属掺杂GdMnO_3和SmMnO_3的合成及其磁学性质的研究

【摘要】钙钛矿结构锰氧化物是电子强关联体系，在电子、晶格、自旋、轨道等存在相互作用，具有丰富和复杂的物理性能，该性能与电荷有序、相分离、轨道有序密切相关，因此成为凝聚态化学理论研究的热点。其中稀土锰酸盐在场冷却(FC)下的磁性行为还在进一步研究，本论文的研究主要包括以下几个部分：(一)利用高温固相法，在1200℃条件下合成Gd1-xSrxMnO3(0.1×0.3)系列化合物。并利用x-射线粉末衍射(XRD)、x-射线光电子能谱(XPS)、磁性对其进行表征，其主要结果如下：XRD结果表明：该系列化合物是具有钙钛矿结构的氧化物，属于正交晶系，Pnma空间群。由于样品磁学性质与锰离子价态相关，因此，我们对Gd0.8Sr0.2MnO3进行XPS表征，分析结果表明：Mn2p3/2和Mn2p1/2的结合能分别在641eV和653eV附近，可以确定其中Mn可能为+3价或+4价。为进一步确定Mn离子的价态及含量，对Mn3s的XPS谱图进行分析，通过拟合及经验公式计算，Mn离子的价态为+3.25，其中Mn4+离子的含量为25%，比名义配比(20%)含量高，说明该化合物有氧缺陷。我们对Gd0.8Sr0.2MnO3进行磁性分析，主要包括：磁化强度随温度变化(M-T)曲线、M-T曲线随场强变化及磁滞回线。对M-T曲线高温区域，利用居里外斯定律进行拟合，得到居里外斯常数为8.18，该样品具有反铁磁性；通过分析Gd3+和Mn离子对磁矩贡献，Mn离子的有效磁矩为3.67μB，其对应价态为+3.24，与XPS分析结果相符。Gd1-xSrxMnO3(0.1×0.3)样品在场冷却(FC)条件下，M-T曲线结果表明，当x=0.1，0.2，0.3时，尼尔温度在45K左右，磁化强度随Sr2+离子含量增大逐渐增大；在FC条件下，当x=0.1，0.2时，出现负磁性；28和18K为补偿温度，此时磁化强度为零；在测量范围内，x=0.3的磁化强度始终为正值。为进一步研究磁性，对Gd0.8Sr0.2MnO3进行分析，M-T曲线随场强变化结果表明，随外场增大负磁性逐渐减弱；当场强高于2500Oe时，负磁性消失。磁滞曲线表明样品具有倾斜铁磁性。(二)利用高温固相法，在1200℃条件下合成Gd1-xMgxMnO3(0.1×0.3)系列化合物。M-T曲线表明，该类化合物具有反铁磁性。磁滞回线证明，这类化合物具有倾斜铁磁性，并且随着Mg2+离子增大而逐渐倾向于软铁磁性。(三)利用高温固相法，在1200℃条件下合成Sm1-xCaxMnO3(0.1×0.5)系列化合物，并对其磁学性质和价态进行简单的表征。
【作者】李军佳；
【导师】王晓峰；
【作者基本信息】吉林大学，无机化学，2014，硕士
【关键词】多铁性材料；磁性；铁电性；磁电耦合效应；钙钛矿；

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