PDF《Jian-Jun》

钙钛矿型锰氧化物(La0.

8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 的磁性和电性研究 万素磊 何利民 向俊尤 王志国 邢茹 张雪峰 鲁毅 赵建军 Magnetic and transport properties of bilayered perovskite manganites (La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 Wan Su-Lei He Li-Min Xiang Jun-You Wang Zhi-Guo Xing Ru Zhang Xue-Feng Lu Yi Zhao Jian-Jun 引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 63,

237501 (2014) DOI: 10.7498/aps.63.237501 在线阅读View online: http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.237501 当期内容View table of contents: http://wulixb.iphy.ac.cn/CN/volumn/home.shtml 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in La0.4Ca0.6MnO3 中Mn-位Fe和Cr掺杂对磁性质的影响 胡妮, 刘雍, 汤五丰, 裴玲, 方鹏飞, 熊锐, 石兢 2014, 63(23): 237502. 全文: PDF (371KB) Co掺杂对Mn3Sn1-xCoxC1.1 化合物的磁性质、 熵变以及磁卡效应的影响 闫君, 孙莹, 王聪, 史再兴, 邓司浩, 史可文, 卢会清 2014, 63(16): 167502. 全文: PDF (746KB) 取向易面各向异性羰基铁粉体的高频磁性研究 霍天旭, 乔亮, 王涛, 李发伸 2014, 63(16): 167503. 全文: PDF (415KB) Cu掺杂ZnO磁性能的实验与理论研究 王锋, 林闻, 王丽兹, 葛永明, 张小婷, 林海容, 黄伟伟, 黄俊钦, W. Cao 2014, 63(15): 157502. 全文: PDF (899KB) 钙钛矿锰氧化物(La1-xEux)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.15) 的磁性和电性研究 何利民, 冀钰, 鲁毅, 吴鸿业, 张雪峰, 赵建军 2014, 63(14): 147503. 全文: PDF (309KB) 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 63, No.

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237501 钙钛矿型锰氧化物(La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7的 磁性和电性研究? 万素磊1) 何利民1) 向俊尤1) 王志国1) 邢茹1) 张雪峰2) 鲁毅1) 赵建军1)? 1)(内蒙古科技大学包头师范学院物理科学与技术学院, 包头 014030) 2)(内蒙古科技大学, 内蒙古自治区白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室, 包头 014010) (

2014 年4月22 日收到;

2014 年8月13 日收到修改稿 ) 采用传统固相反应法制备钙钛矿型锰氧化物 (La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 多晶样品, X-射线衍射分析 表明, 样品 (La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 结构呈现良好的单相. 通过磁化强度随温度的变化曲线 (M-T)、 不 同温度下磁化强度随磁场的变化曲线 (M-H) 和电子自旋共振谱发现: 在300 K 以下, 随着温度的降低, 样 品先后经历了二维短程铁磁有序转变 (T2D C ≈

282 K)、 三维长程铁磁有序转变 (T3D C ≈

259 K)、 奈尔转变 (TN ≈

208 K) 和电荷有序转变 (TCO ≈

35 K);

样品 (La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 在TN 以下, 主要处于反铁 磁态;

在T3D C 达到

370 K 时, 样品处于铁磁 -顺磁共存态, 在370 K 以上时样品进入顺磁态. 此外, 分析电阻率 随温度的变化曲线 (ρ-T) 得到: 样品在金属 -绝缘转变温度 (TP ≈

80 K) 附近出现最大磁电阻值, 其位置远离 T3D C , 表现出非本征磁电阻现象, 其磁电阻值约为 61%. 在TCO 以下, 电阻率出现明显增长, 这是由于温度下 降使原本在高温部分巡游的 eg 电子开始自发局域化增强所致. 通过对 (La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 的ρ-T 曲 线拟合, 发现样品在高温部分的导电方式基本遵循小极化子的导电方式. 关键词: 磁性, 电性, 金属-绝缘转变温度, 电子自旋共振 PACS: 75.47.Lx, 75.30.Et, 71.30.+h, 71.70.Ch DOI: 10.7498/aps.63.237501

1 引言自从在混合价 ABO3 型钙钛矿结构锰氧化物 中发现了庞磁电阻效应以来, 其丰富的物理性质 和不可估计的潜在价值不断地吸引着国内外的科 研工作者的广泛关注 [1?3] . 在钙钛矿型锰氧化物 (R, An+1)MnnO3n+1(其中 n 表示 MnO6 八面体沿 着c轴方向堆垛的层数;

R 为稀土元素, A 为碱土 元素) 中, 把n=2时(R, A)3Mn2O7 称为双层钙 钛矿型锰氧化物. 即(R, A)3Mn2O7 化合物是由 一层 (R/A, O) 岩盐层和两层 MnO6 八面体沿 c 轴 方向交替堆垛而成. 早在

20 世纪

50 年代, 对钙钛 矿型锰氧化物的研究开始兴起, 起初只是对锰氧 化物系统的电磁性能的研究 [4,5] .

1969 年, Searle 和Wang [6] 研究La1?xPbxMnO3 单晶时发现, 在磁 场中电阻率处于居里温度 TC 附近会有明显的下 降, 表现出负磁电阻效应.

1987 年, Ram 等[7] 第 一次成功合成了双层锰氧化物.

1996 年, Kimu- ra 等[8] 在外加

7 T 磁场的条件下, 从双层钙钛矿 型La1.4Sr1.6Mn2O7 中首次发现巨大的庞磁电阻 效应. 就结构而言, 该类化合物具有准二维结构, 因此具有丰富的物理性质, 如1999 年, Argyriou 等[9] 报道了低温磁电阻效应;

2005 年, Deisenhofer 等[10] 使用电子自旋共振 (electron spin resonance, ? 国家自然科学基金 (批准号: 11164019)、 内蒙古自治区科学基金 (批准号: 2011MS0108, 2011MS0101) 和内蒙古自治区高等学校科 学研究基金 (批准号: NJZZ11166, NJ10163, NJZY12202) 资助的课题. ? 通讯作者. E-mail: nmzhaojianjun@126.com ?

2014 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 237501-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 63, No.

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237501 ESR) 波谱仪在 La1?xSrxMnO3 体系中观察到了 Gri?ths相. 目前, 对Ln2?2xM1+2xMn2O7 系列在 La 位的 掺杂已经有很多研究 [11?15] , 例如, Nd 掺杂在 La 位可导致长程铁磁有序减弱或消失 [16] , Pr 掺杂 到La 位会产生磁跳变的现象 [13] . 本文对 Eu 掺杂 (La1?xEux)4/3Sr5/3Mn2O7(x = 0.2) 多晶样品的 磁性和电输运性质进行了详细的研究, 进一步探究 La位掺杂的物理现象.

2 实验采用传统固相反应法, 制备了层状钙钛矿型锰 氧化物 (La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 多晶样品. 实 验过程: 将纯度优于 99.99% 的La2O3, Eu2O3, SrCO3, MnCO3 粉料按照化学计量比配料, 经混 合研磨, 在1000 ? C 预烧

24 h, 然后以

1000 ? C 再 次煅烧脱碳

12 h;

再次研磨后, 压成圆片状, 在1350 ? C 煅烧

24 h 后随炉冷却;

最后获得外观均 匀、 平整、 坚硬、 无裂痕的样品. 使用 X 射线衍射 (XRD) 仪检验样品的晶体结构;

磁性测量采用超 导量子磁强计 (Quantum Design, MPMS-7) 分别 测M-T 曲线和M-H 曲线;

ESR谱的测量是在微波 频率约为 9.0 Hz, 型号为 JEOLJES-FA200A 的ES- R谱仪上完成300―390 K的测量;

电输运测量采用 直流四端法测量ρ-T 曲线.

3 实验系统及测量结果 在室温下测试 (La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 样 品的 XRD 图, 如图

1 所示. 从图

1 可以看出, 样 品结构无杂相, 为Sr3Ti2O7 型四方结构, 空间群 为I4/mmm. (La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 晶格参 数和晶胞体积如表

1 所列. 在0.01 T时, 样品 (La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 的磁化强度 M 随温度 T 的变化曲线如图

2 所示. 测量了样品的零场冷却 (zero-?eld-colling, ZFC) 和带场冷却(?eld-cooling, FC) 曲线, 测量范围从15―300 K. 在样品 (La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 的ZFC 和FC 曲线中, 随着温度的降低, 样品(La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 先后经历了二维短程 铁磁有序转变 (T2D C ≈

282 K), 三维长程铁磁有序 转变 (T3D C ≈

259 K), 奈尔转变 (TN ≈

208 K) 和电 荷有序转变(TCO ≈

35 K) [17] . 图1(La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 样品在室温下的XRD 图图2(网刊彩色) (La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 在0.01 T 磁场下的 M-T 曲线 (1 emu・g?1 =

1 A・m2・kg?1) 表1(La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 晶格参数和晶胞体积 (1 ? = 0.1 nm) 样品 a/ ? b/ ? c/ ? V / ?3 (La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7 3.85987 3.85987 20.09249 299.35 在TN 与TCO 之间, 随着温度的降低, 磁化强 度减小, 反铁磁性增强. 其原因在于半径较大的 La3+ 离子被半径较小的 Eu3+ 离子占据, 使得晶格 失配, 双交换作用被削弱. 相较于双交换作用的 降低, 超交换作用有所增强, 主导铁磁有序的是基 于Mn3+ -O2? -Mn4+ 构型的双交换作用, 而主导反 237501-2 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 63, No.

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237501 铁磁有序是基于 Mn4+ -O2? -Mn4+ 构型的超交换 作用. 因此, Eu 的掺杂使得磁性发生转变、 磁性降 低[18] . 并且T2D C 和T3D C 出现在高温部分, 可能由于 掺杂量过大所导致. 此外, ZFC 曲线与 FC 曲线在 低温部分出现明显分歧, 是由于铁磁与反铁磁相互 竞争导致的 [18] . (La0.8Eu0.2)........