Fe、Cr和Sc掺杂对Ca3Co2O6磁性的调控

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kaishizai2009
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过渡金属氧化物的物理性质一直是凝聚态物理研究的热点之一。而准一维自旋系统Ca3(Co,T)2O6(T=过度金属)由于具有热电效应和丰富的磁性质而备受人们的关注。本文围绕T=Fe、Cr和Sc样品的制备、晶体结构和低温下的磁性进行了以下几个方面的研究:(1)采用溶胶-凝胶法和助熔剂法分别制备了多晶样品Ca3Co2-xFexO6和单晶样品Ca3Co1.6Fe0.4O6。多晶样品Ca3Co2-xFexO6的磁化测量数据显示,H/M曲线在高温区遵守居里-外斯定律,而在低温区由于短程有序向上偏离居里-外斯定律。随着x增加到x=0.7,这一特征趋向于消失。同时p随之减小,直至为零。这些结果说明自旋链内FM相互作用由于Fe掺杂而削弱。x=0.4多晶样品的ESR谱在顺磁区域没有异常变化;在T<50K时出现8个超精细结构共振峰,这些峰起源于59Co原子核自旋(I=7/2)在外场作用下的劈裂。获得的g因子为4.2,远大于g=2.0,说明体系八面体和三棱柱位置存在强的晶体电场作用。Ca3Co1.6Fe0.4O6单晶样品的磁化曲线表明Fe掺杂在削弱Ca3Co2O6链内FM相互作用的同时也大大削弱了磁各向异性。(2)采用溶胶凝胶法制备了Ca3Co2-xCrxO6多晶样品。XRD图谱及晶格常数表明该化合物的晶体结构为斜方六面体结构,Cr的固溶度为x0.4。磁化测量数据表明,居里-外斯温度p、交换常数J和饱和磁化强度都随x的增大而减小,这些结果表明Cr掺杂降低了自旋链内的FM耦合相互作用。(3)研究了Ca3(Co,T)2O6(T=Fe、Cr和Sc)化合物的磁弛豫效应,证实这些化合物中均存在自旋玻璃冻结。Fe掺杂样品的磁弛豫跟x=0.0的样品类似,特征时间没有显著变化,而Cr和Sc掺杂样品的磁弛豫比x=0.0的样品要慢的多,特征时间显著增大。这可能跟材料内部的随机性、缺陷以及无序有关,与x=0.0样品的情况很不一样。因此,我们推断由化学无序引起的弛豫(大值)比那些由阻挫引起的弛豫(小值)要慢得多。
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