發(fā)布時(shí)間：2020-03-24 22:23

【摘要】：本論文利用高壓高溫條件率先合成了多種化學(xué)式為AA'_3B_2B'_2O_(12)的A、B位有序多階鈣鈦礦材料,對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)、電荷組態(tài)及綜合物理性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并結(jié)合第一性原理計(jì)算對(duì)相關(guān)物理機(jī)制進(jìn)行了解釋。主要內(nèi)容包括:(一)利用高壓高溫條件合成了首個(gè)A'位被Jahn-Teller Mn~(3+)離子占據(jù)的空間群為立方Pn-3的A、B位同時(shí)有序多階鈣鈦礦氧化物L(fēng)aMn_3Ni_2Mn_2O_(12)。通過(guò)磁性測(cè)量、中子衍射以及X射線吸收譜確定了LaMn_3~(3+)Ni_2~(2+)Mn_2~(4+)O_(12)電荷組態(tài),且所有過(guò)渡金屬離子均為高自旋并參與磁相互作用。磁性測(cè)量、比熱測(cè)量以及中子衍射表明A'位Mn~(3+)和B/B'位Ni~(2+)/Mn~(4+)子晶格分別在T_N?46 K和T_C?34 K形成了一個(gè)G型共線反鐵磁和一個(gè)正交磁結(jié)構(gòu),從而誘導(dǎo)凈磁矩。第一性原理計(jì)算表明,LaMn_3Ni_2Mn_2O_(12)中A'位Mn~(3+)離子對(duì)B/B'位Ni~(2+)/Mn~(4+)離子正交磁結(jié)構(gòu)的形成中起著重要的作用。(二)在高壓高溫條件下率先制備了PrMn_3Ni_xMn_(4-x)O_(12)(x=0,1,2)A、B位有序多階鈣鈦礦固溶體系。通過(guò)X射線衍射以及選區(qū)電子衍射實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)隨著Ni含量的增加,樣品晶體結(jié)構(gòu)依次從x=0的單斜(I2/m)或菱方(R-3)對(duì)稱性轉(zhuǎn)變?yōu)閤=1的立方(Im-3)對(duì)稱性再轉(zhuǎn)變?yōu)閤=2的另一種立方(Pn-3)對(duì)稱性。合成壓力的不同以及晶體對(duì)稱性的變化很可能導(dǎo)致B位Mn~(3+)在高自旋態(tài)和低自旋態(tài)之間的變化。PrMn_7O_(12)單斜相和菱方相的磁基態(tài)分別為軌道有序的傾斜反鐵磁有序和通常的共線反鐵磁有序;PrMn_3NiMn_3O_(12)則可能形成了一個(gè)嚴(yán)重傾斜的反鐵磁基態(tài);PrMn_3Ni_2Mn_2O_(12)的A'位Mn~(3+)和B/B'位Ni~(2+)/Mn~(4+)很可能形成了與LaMn_3Ni_2Mn_2O_(12)相同的基態(tài)磁結(jié)構(gòu),從而具有一個(gè)凈的鐵磁分量。(三)利用高壓高溫條件首次合成了同時(shí)包含3d和5d磁性元素的A、B位同時(shí)有序多階立方鈣鈦礦CaCu_3Ni_2Os_2O_(12)(空間群:Pn-3)。通過(guò)磁性測(cè)量、X射線吸收譜、X射線磁圓二色以及第一性原理計(jì)算,我們確定了CaCu_3~(2+)Ni_2~(2+)Os_2~(6+)O_(12)的電荷分布以及按照自旋Cu~(2+)(↑)-Ni~(2+)(↑)-Os~(6+)(↓)排列的共線亞鐵磁基態(tài)。X射線磁圓二色譜測(cè)量結(jié)果表明不僅5d元素Os~(6+),3d元素Cu~(2+)、Ni~(2+)同樣具有不可忽略的軌道貢獻(xiàn)。CaCu_3Ni_2Os_2O_(12)展示了絕緣體行為,一方面與OsO_6/NiO_6八面體的嚴(yán)重扭曲相關(guān),另一方面與電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)及自旋-軌道耦合相互作用緊密相關(guān)。此外,A'位Cu~(2+)和B'位Os~(6+)之間強(qiáng)的反鐵磁相互作用導(dǎo)致了一個(gè)T_C≈393 K的高溫亞鐵磁相變。
【圖文】：

圖 1.5 自由原子（離子）的 5 個(gè) d 軌道示意圖[71]種各向異性的環(huán)境下，原子（離子）的能級(jí)會(huì)發(fā)生進(jìn)一步劈裂勻的電場(chǎng)稱為晶體場(chǎng)。20 世紀(jì) 30 年代，，Bethe 和 Van Vleck場(chǎng)理論來(lái)描述這種由離子配位體的靜電場(chǎng)帶來(lái)的電子軌道態(tài)。根據(jù)晶體場(chǎng)理論，過(guò)渡金屬離子和配體之間的相互作用是由

A、B 位有序多階鈣鈦礦的高壓合成與物性材料物性測(cè)量裝置性的測(cè)量包括普通的磁學(xué)、電學(xué)以及熱力學(xué)等輸運(yùn)磁、熱學(xué)性質(zhì)的測(cè)量所用到的儀器包括綜合物性測(cè)S-9T)和基于 SQUID 探測(cè)技術(shù)的高精度磁學(xué)測(cè)量?jī)x(ID VSM)。圖 2.17 和 2.18 分別給出了本實(shí)驗(yàn)室的 M
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O611.6

【參考文獻(xiàn)】

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1 殷云宇;王瀟;鄧宏芟;周龍;戴建洪;龍有文;;多種有序鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的高壓制備與特殊物性[J];物理學(xué)報(bào);2017年03期

2 龍有文;;A-site ordered quadruple perovskite oxides AA'_3B_4O_(12)[J];Chinese Physics B;2016年07期

本文編號(hào)：2598947