B位Ni摻雜的Pr系鈣鈦礦的物性研究.pdf

1、具有鈣鈦礦結構的A位堿土摻雜的稀土錳氧化物RelxAxB03(Re=La、Pr、Nd，B=Mn)是一種典型的強關聯(lián)材料體系，該體系自被發(fā)現(xiàn)具有巨磁電阻(CMR)以來而引起了人們的廣泛關注。對于錳位一價或者二價元素摻雜的鈣鈦礦錳氧化物，由電中性原理可知在Mn位會同時出現(xiàn)Mn3+/Mr14+。類比于A位摻雜體系，B位低價元素的摻雜也應該導致體系鐵磁性和金屬絕緣態(tài)轉變的出現(xiàn)。然而令人詫異的是，B位摻雜體系在發(fā)生鐵磁-/IW磁轉變時并未伴隨著金

2、屬.絕緣態(tài)的轉變，并且其鐵磁性是由雙交換作用還是由超交換作用引起的也一直沒有定論。在過渡元素Co、Ni摻雜的錳氧化物中，由于Co、Ni的價態(tài)和自旋態(tài)的多重性，使得體系的各種性質變得更加復雜。在本論文中，對B位Ni摻雜的PrNi，Mrilx03進行了結構、局域價態(tài)、磁性能、輸運性質和拉曼光譜的研究，取得了一些有意義的結果。具體內容可分為以下五個部分:
　　 第一章，簡單介紹了鈣鈦礦錳氧化物的一些基本性質，包括晶體結構、龐磁阻效應、

3、相分離現(xiàn)象、電荷一軌道一自旋有序現(xiàn)象、自旋一聲子耦合作用和交換偏置作用，描述了這些現(xiàn)象或性質的基本概念和相關研究。
　　 第二章，根據(jù)摻雜方式酌不同對鈣鈦礦錳氧化物進行了分類討論，包括A位空穴摻雜，A位自摻雜，A位等價摻雜，A位電子摻雜，B位摻雜以及A、B位雙摻雜的相關研究背景及進展。
　　 第三章，簡單介紹了鈣鈦礦錳氧化物常用的制備方法以及常用的測試手段。主要內容包括多晶的固相反應法、溶膠一凝膠法的制備原理，單晶塊材及

4、單晶薄膜的制備方法與實例，X射線衍射、掃描電鏡分析、X射線光電子能譜分析、磁性測量、電輸運測量這些在分析鈣鈦礦錳氧化物各種性質時常用的測試方法的原理和部分相關的應用實例。
　　 第四章，研究了PrNixMnlx03(x=0.125、0.25、0.375和0.5)的結構，局域價態(tài)，磁性能和電阻性能。結果表明，隨著小半徑離子Ni摻入量的增多，體系的正交畸變程度減弱，當摻入量x=0.5時，體系呈單斜相。Ni作為摻雜元素在摻入過程中并不

5、是恒定價態(tài)的，Ni的平均價態(tài)會隨著摻入量的增加而降低。磁測量結果表明PrNio.sMno.503.PrNi0.25Mn0.7503和PrNi0.125Mn0，87503隨著溫度的降低會出現(xiàn)明顯的鐵磁-)16磁轉變，在低溫下均呈現(xiàn)強的鐵磁性。結合價態(tài)分析的結果我們認為PrNio.sMno.503的鐵磁性足由Nj2+_O_Mn4+超交換作用引起的，而PrNi0.25Mn0.7503和PrNi0.125Mn0.87503的鐵磁性是由各向同性M

6、n3+_O_Mn3+鐵磁超交換作用引起的。PrNi0.375Mr10.62503隨著溫度的降低出現(xiàn)了兩個磁轉變點，我們認為這兩個磁轉變點分別對應Mn3+-O-Mn3+、Nj2+-O-Mn4+鐵磁超交換作用。由于超交換作用的主導地位，PrNixMnl-xO3在整個溫區(qū)呈絕緣行為并表現(xiàn)很高的電阻率。隨著Ni摻雜的增多，決定體系電阻率的姜一泰勒畸變極化子會被Nj2+/Mn4+極化電荷有序所取代，這造成了PrNi0.5Mn0.5O3和PrNi0

7、.125Mn0.875O3具有高于剩余兩個樣品的電阻率。
　　 第五章，對未摻雜的和A位摻雜的鈣鈦礦錳氧化物的拉曼光譜特點進行了分析和描述，并對B位摻雜的PrMnO3的不同溫度下的拉曼光譜進行了研究。發(fā)現(xiàn)PrNixMnl-xO3在500cm-l和600cm-1頻率附近存在明顯的拉曼峰并將其歸為反對稱拉伸模式和對稱拉伸模式。由峰形的不對稱性和上章的XPS結果可以推知PrNi0.375Mn0.625O3、PrNi0.25Mn0.75

8、O3和PrNi0.125Mri0.875O3中的對稱拉伸振動峰包含兩種不同的振動模式:(Ni3+/Mn3+)O6和(Ni2+/Mn4+)O6對稱拉伸振動。從x=0.5到x=0.125，姜-泰勒離子的增加引起的帶中心內聲子平均壽命的降低和本征的(Ni2+/Mn4+)O6對稱拉伸振動聲子態(tài)密度的變小是樣品對稱拉伸峰的強度變低并且峰寬變寬的主要原因。從高溫拉曼光譜中發(fā)現(xiàn)了PrNi0.25Mn0.75O3和PrNi0.125Mn0.875O3的