论文部分内容阅读
作为典型的Ruddlesden-Popper型层状钙钛矿氧化物，CaMnO3样品以及不同掺杂的Ca1-xAxMnO3样品都具有丰富多样的晶体结构转变、磁相转变、磁受挫以及电运输特性。对这些复杂特性的形成机理，变化趋势及原理的研究一直是科研工作者们的重中之重，他们希望通过这些研究来研制出人类日常生活中所需的各种不同需求的磁性材料。鉴于La3+、Th4+等离子掺杂的Ca3Mn2O7样品的研究已经比比皆是，本文将研究存在Ca缺陷的（即自掺杂的）Ca3-xMn2O7-d样品和Bi3+掺杂的Ca3-xBixMn2O7样品的结构、价态和磁性特征。 样品的合成采用的是传统的固相反应法，在合成自掺杂的Ca3-xMn2O7-d(x=0.04，008，0.12)样品时借用Pb元素在样品中蒸发来调控样品中Ca缺陷的量。而样品的XRD图谱分析表明，随着样品的自掺杂，晶体结构发生畸变，由正方晶格变为斜方晶格，其空间点群从I4/mmm转变为Cmcm，这一转变的产生是因为样品中随Ca缺陷出现的Mn3+引起的Jahn-Teller效应。XPS图谱的分析证实了Mn3+随着Ca缺陷而出现，样品中确实存在一定量的Ca缺陷，其含量与预期值大致相符。同样的，Bi3+掺杂的Ca3-xBixMn2O7(x=0.05，0.1，0.2和0.3)样品也采用固相反应法来合成。样品的XRD精修结果表明，样品的晶体结构为正方晶格，空间点群为I4/mmm，这与Ca3Mn2O7一样。随着Bi3+掺杂量x的增加，晶胞参数a逐渐增大而c逐渐减小，Mn-O键的键角几乎不变。 SQUID（超导量子干涉仪）被用来测量样品的磁学性质，测量结果表明:Ca缺陷的出现导致Ca2.96Mn2O7-d样品在T=350 K处存在铁磁性，Ca2.92Mn2O7-d样品也在T=345 K处存在一个铁磁性停顿，然而在Ca2.88Mn2O7-d样品中却没有出现铁磁相，这种特殊的磁性现象可以用双交换机制和超交换机制来解释。作为典型的层状钙钛矿，其伪薄膜结构导致样品中具有低维磁性，通过计算得出的交换积分J0分别为25.4 K、22.6 K和19.7 K。当T≤350 K时，Ca2.96Mn2O7-d和Ca2.92Mn2O7-d样品都有磁受挫现象，Ca2.88Mn2O7-d的磁受挫消失温度转变为T=111 K，这一现象表现为样品的ZFC和FC曲线分离。样品中不存在饱和磁化强度，这证明样品在低温下具有倾斜排列的磁矩。对于Bi3+离子掺杂的Ca3-xBixMn2O7样品，不管是ZFC态还是FC态下测量的磁化曲线，在样品x=0.05和0.1样品中都可以发现存在一个磁性的转变，其转变温度为T=130 K，而对于x=0.2和0.3样品，这一转变温度变为120K。同样的，样品中也不存在饱和磁化，这证明样品在低温下具有倾斜排列的磁矩。