【摘要】：磁性材料因其中存在自旋-自旋、自旋-軌道等復(fù)雜的相互作用,使其表現(xiàn)出豐富的物理性質(zhì),成為近年來(lái)普遍關(guān)注的功能材料。本論文以過(guò)渡金屬氧化物為研究對(duì)象,就負(fù)磁化效應(yīng)和磁熱效應(yīng)這兩類既具有基礎(chǔ)研究意義又具有重要應(yīng)用的效應(yīng)進(jìn)行研究,論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)概述如下:(1)使用溶膠-凝膠法并經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚碇苽淞嗣x組分為YCr_(1-x)Mn_xO_3的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Mn摻雜Y-Cr基過(guò)渡金屬氧化物材料。研究表明,適當(dāng)含量的Mn摻雜可實(shí)現(xiàn)在補(bǔ)償溫度以下顯示明顯的負(fù)磁化效應(yīng),最大程度的負(fù)磁化效應(yīng)出現(xiàn)在x=0.3的Mn摻雜樣品中。基于對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合性分析,對(duì)Mn摻雜引起的負(fù)磁化效應(yīng)的起因進(jìn)行了討論,認(rèn)為在Mn摻雜樣品中存在兩種磁化,一種是由Cr~(3+)-O~(2-)-Cr~(3+)和Mn~(3+)-O~(2-)-Mn~(3+)貢獻(xiàn)的正向磁化,另一種是由Cr~(3+)-O~(2-)-Mn~(3+)貢獻(xiàn)的逆向磁化,觀察到的負(fù)磁化效應(yīng)是因?yàn)槟嫦虼呕慕^對(duì)值大于正向磁化所致。(2)使用溶膠-凝膠法并經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚碇苽淞嗣x組分為EuCr_(1-x)-x Fe_xO_3的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Fe摻雜Eu-Cr基過(guò)渡金屬氧化物材料。研究表明,Fe摻雜可有效抑制Cr-Cr相互作用,對(duì)其傾角反鐵磁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞,使原有的弱鐵磁性減弱。當(dāng)Fe摻雜量達(dá)到x=0.55時(shí),樣品顯示明顯可觀察的負(fù)磁化效應(yīng),并獲得高達(dá)200 K的磁補(bǔ)償溫度T_(comp),遠(yuǎn)高于以往報(bào)道的磁補(bǔ)償溫度。對(duì)x=0.55樣品,給定溫度下不同磁場(chǎng)下的磁化測(cè)量表明,僅僅通過(guò)改變磁場(chǎng)的大小,就可以實(shí)現(xiàn)在樣品的正磁化態(tài)和負(fù)磁化態(tài)之間進(jìn)行切換,且這樣的切換在遠(yuǎn)高于液氮溫度就可以實(shí)現(xiàn)�；趯�(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合性分析,文中對(duì)Fe摻雜引起的磁行為變化以及負(fù)磁化效應(yīng)的起因進(jìn)行了討論,認(rèn)為在Fe摻雜樣品中存在兩種磁化,一種是由Eu~(3+)順磁性、Cr~(3+)-Cr~(3+)成夾角結(jié)構(gòu)引起的弱鐵磁性以及Fe~(3+)-Fe~(3+)成夾角結(jié)構(gòu)引起的弱鐵磁性所產(chǎn)生的正向磁化,另一種是由Cr~(3+)-Fe~(3+)貢獻(xiàn)的逆向磁化,觀察到的磁性隨Fe摻雜量增加而減弱是因?yàn)槟嫦虼呕絹?lái)越重要所致,在x=0.55樣品中觀察到的負(fù)磁化,則是由于逆向磁化的絕對(duì)值大于由各種可能原因產(chǎn)生的正向磁化所致。(3)使用溶膠-凝膠法并經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚碇苽淞嗣x組分為Co(Cr_(1-x)Mn_x)_2O_4的Mn摻雜Co-Cr基尖晶石結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物材料并對(duì)其磁性進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,T_C溫度以下的磁性隨Cr位Mn摻雜而減弱;在x=0.3-0.5摻雜量范圍內(nèi),樣品顯示明顯的負(fù)磁化效應(yīng)。對(duì)表現(xiàn)負(fù)磁化效應(yīng)的樣品進(jìn)行了磁化態(tài)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,只要溫度和磁場(chǎng)保持不變,無(wú)論是正磁化態(tài)還是負(fù)磁化態(tài),均顯示出幾乎不隨時(shí)間改變的穩(wěn)定磁化態(tài),且通過(guò)改變溫度或磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小,可以實(shí)現(xiàn)在良好穩(wěn)定的負(fù)/正磁化態(tài)之間進(jìn)行切換,從而可實(shí)現(xiàn)熱/磁致開(kāi)關(guān)效應(yīng)。在綜合分析的基礎(chǔ)上,對(duì)Mn摻雜引起的磁性變化和負(fù)磁化效應(yīng)的起因進(jìn)行了討論,認(rèn)為Mn摻雜引進(jìn)了Cr~(3+)-Mn~(3+)離子間磁相互作用,這一相互作用會(huì)導(dǎo)致額外的逆向磁矩的產(chǎn)生,伴隨Mn摻雜量增加,逆向磁矩的絕對(duì)值增加,使得樣品的磁性減弱,而在x=0.3-0.5摻雜范圍,由于Cr~(3+)-Mn~(3+)離子間磁相互作用的貢獻(xiàn)使得逆向磁矩的絕對(duì)值大于正向磁矩,引起負(fù)磁化效應(yīng)。(4)使用溶膠-凝膠法并經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚碇苽淞嗣x組分為Ni(Cr_(1-x)Mn_x)_2O_4的Mn摻雜Ni-Cr基尖晶石結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物材料并對(duì)其磁性進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,Mn摻雜不僅大大抑制了T_C溫度以下的亞鐵磁性,而且使樣品的磁性發(fā)生了顯著的變化。對(duì)摻雜量在0.15-0.3之間的樣品,實(shí)驗(yàn)上觀察到T_(comp1)、T_(SR)和T_(comp2)三個(gè)明顯可區(qū)分的特征溫度存在。在T_(comp2)TT_(comp1)溫度范圍內(nèi),x=0.15-0.3的樣品顯示出明顯的負(fù)磁化效應(yīng),在T_(SR)溫度負(fù)磁化效應(yīng)的程度達(dá)到最大。對(duì)表現(xiàn)負(fù)磁化效應(yīng)的材料,我們的結(jié)果表明,在液氮溫度就可以通過(guò)較低磁場(chǎng)大小的改變實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)定的正/負(fù)磁化態(tài)之間進(jìn)行切換,顯示了更切合實(shí)際的應(yīng)用前景。(5)針對(duì)YCr_(1-x)Mn_xO_3、EuCr_(1-x)Fe_xO_3、Co(Cr_(1-x)Mn_x)_2O_4和Ni(Cr_(1-x)Mn_x)_2O_4四種表現(xiàn)負(fù)磁化效應(yīng)的磁性材料和R_2CoMnO_6(R=Sm,Dy)雙鈣鈦礦型材料進(jìn)行了磁熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明,所有樣品均在T_C溫度附近表現(xiàn)出與順磁-鐵磁轉(zhuǎn)變相關(guān)的正磁熱效應(yīng),除此之外,更為重要的是,在負(fù)磁化材料中觀察到反磁熱效應(yīng)和在Dy_2CoMnO_6雙鈣鈦礦型材料中觀察到另一種具有巨大磁熵變的正磁熱效應(yīng)�；趯�(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析,認(rèn)為負(fù)磁化材料中觀察到的反磁熱效應(yīng)與其中存在正、逆兩種不同取向的磁矩有關(guān),由于受材料內(nèi)部強(qiáng)的磁晶各向異性以及復(fù)雜的磁相互作用的影響,磁場(chǎng)不足以使得逆向磁矩沿磁場(chǎng)方向翻轉(zhuǎn),導(dǎo)致系統(tǒng)的磁熵增加,因此表現(xiàn)出反磁熱效應(yīng);而對(duì)Dy_2CoMnO_6體系中低溫下觀察到的另一種正磁熱效應(yīng),認(rèn)為與較大離子半徑的Dy~(3+)離子導(dǎo)致系統(tǒng)中鐵磁和反鐵磁相的共存有關(guān),磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)反鐵磁相中磁矩轉(zhuǎn)向和鐵磁與反鐵磁相間相互作用對(duì)溫度依賴關(guān)系的不同,兩種效應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致低溫下出現(xiàn)另外一種具有巨大磁熵變的正磁熱效應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O482.5
【圖文】：

圖 1.1 五種磁性對(duì)應(yīng)的磁結(jié)構(gòu)[1]。I. 抗磁性： 0,即磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)方向相反， 的量級(jí)約為 10-存在于所有的物質(zhì)中，但通常只在沒(méi)有固有磁矩的物質(zhì)中才能觀察到

中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論矩相互之間完全磁補(bǔ)償，由此產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是磁溫曲交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度稱為補(bǔ)償溫度(Compensation Temp示。不僅如此，有些材料在磁補(bǔ)償效應(yīng)的影響下，當(dāng)溫磁化強(qiáng)度甚至為負(fù)值[6]，這種在正向磁場(chǎng)下磁化強(qiáng)度負(fù)值的現(xiàn)象稱之為負(fù)磁化效應(yīng)(Negative magnetizatioion reversal)[7]。負(fù)磁化效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)觀察，說(shuō)明材料內(nèi)部磁場(chǎng)方向，這與大部分材料的磁化結(jié)果是不同的。圖 112樣品中場(chǎng)冷過(guò)程中測(cè)量得到的磁溫曲線，可以看到，溫曲線低溫下越過(guò)溫度軸而表現(xiàn)出負(fù)磁化現(xiàn)象。

1.3 La0.2Ce0.8CrO3在 100 Oe 下的 ZFC 和 FC 曲線[1，對(duì)于大部分磁性材料，ZFC 曲線位于 FC 曲線下C 磁化強(qiáng)度， 但對(duì)于負(fù)磁化材料，若進(jìn)行 ZFC 和會(huì)發(fā)現(xiàn)，在 Tcomp以上溫度，F(xiàn)C 曲線位于 ZFC 曲線上相反的情形，即 FC 曲線位于 ZFC 曲線下方，如圖

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本文編號(hào)：2762758