本文關(guān)鍵詞：尖晶石鐵氧體中Ti、Mn離子的磁矩方向和O2p電子巡游機制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《河北師范大學》 2015年

尖晶石鐵氧體中Ti、Mn離子的磁矩方向和O2p電子巡游機制

徐靜  

【摘要】：尖晶石型鐵氧體是由鐵和其他一種或多種金屬組成的磁性功能材料,其化學通式為(A)[B]2O4。由于具有穩(wěn)定的物理和化學性能,尖晶石型鐵氧體在通信、電子、微波、生物醫(yī)學等領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。占據(jù)(A)位和[B]位的離子通常為3d過渡金屬,如Fe、Co、Ni、Cu、Zn等,而陽離子在(A)、[B]位的分布情況對鐵氧體磁性材料的性能起著至關(guān)重要的作用。對于典型的MFe2O4(M=Fe、Co、Ni、Cu)材料,其(A)(或[B])子晶格中離子磁矩互相平行排列,但兩個子晶格間的離子磁矩相互反平行排列。傳統(tǒng)理論利用超交換作用模型解釋尖晶石鐵氧體的磁結(jié)構(gòu)。美國學者認為,可使用超交換作用解釋(A)位和[B]位離子磁矩之間反平行排列的情況,而利用雙交換相互作用模型解釋(A)子晶格或[B]子晶格內(nèi)離子磁矩平行排列的情況。然而,對于Ti、Cr和Mn摻雜尖晶石鐵氧體的磁結(jié)構(gòu)與Fe、Co、Ni和Cu摻雜時的區(qū)別,沒有發(fā)現(xiàn)滿意的解釋,成為長期困擾磁學界的一個問題。依據(jù)洪特定則對電子自旋方向的限制,本課題組首次提出在尖晶石鐵氧體的一個子晶格((A)或[B]子晶格)中,Cr離子(3d電子數(shù)目nd≤4)的磁矩與Fe、Co、Ni、Cu離子(nd≥5)的磁矩反平行排列,并應用量子力學方形勢壘模型(QMPB模型)和樣品在10 K下的磁矩估算了多個系列的Cr摻雜尖晶石鐵氧體樣品的離子分布。我們認為,與Cr2+(3d4)和Cr3+(3d3)類似,由于洪特定則對電子自旋方向的限制,Mn3+(3d4)、Ti2+(3d2)和Ti3+(3d1)離子的磁矩與n5的離子磁矩(如Mn2+離子以及二、三價Fe、Ni離子)反平行排列。為了確認這個想法,研究了三個系列的Ti-Ni尖晶石鐵氧體以及MnxNi1-xFe2O4尖晶石鐵氧體樣品的陽離子分布,并且提出了一個O2p電子巡游模型。研究結(jié)果如下:(1)利用固相反應法制備了三個系列Ti-Ni尖晶石鐵氧體樣品Ni0.68-0.8xTixFe2.32-0.2xO4(x=0.0,0.078,0.156,0.234,0.312)、Ni0.68+0.26xTixFe2.32-1.26xO4(x=0.00,0.08,0.16,0.24)和Ni1-xTixFe2O4(x=0.0,0.1,0.2,0.3,0.4)。所有樣品均屬于單相立方尖晶石結(jié)構(gòu),空間群屬于Fd3m;晶格常數(shù)a均隨著x的增加而增大;晶粒粒徑均大于100 nm,可以忽略表面效應對磁性的影響。樣品的比飽和磁化強度σS隨著Ti摻雜量x的增加而逐漸減小。當Ti摻雜量x0.15時,比磁化強IV度σ隨溫度T的變化趨勢與x=0.00時基本一致。然而,首次發(fā)現(xiàn),當Ti摻雜量x0.15時,σ隨T的變化曲線出現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)變溫度TL和TN。當測試溫度低于TN時,磁化強度明顯減小;當溫度達到TL時,dσ/d T具有最大值。這些特征表明,由于Ti摻雜在樣品中出現(xiàn)了附加的傾角反鐵磁結(jié)構(gòu),也說明Ti離子具有磁矩,而不是以往文獻假設(shè)的無磁矩的+4價離子。假設(shè)在10 K溫度下Ti離子磁矩的方向與Fe和Ni離子磁矩反平行排列,利用量子力學勢壘模型(QMPB模型)成功擬合了Ti-Ni尖晶石系列樣品在10 K溫度下的分子磁矩。在擬合過程中得到Ti、Fe和Ni三種陽離子在(A)位和[B]位的分布情況。發(fā)現(xiàn)在所有摻雜樣品中約80%的Ti離子和77%的Ni離子以+2價狀態(tài)存在于[B]子晶格中,與其他一些作者認為尖晶石結(jié)構(gòu)鐵氧體中Ti和Ni全部占據(jù)[B]位的觀點比較接近。這個結(jié)果說明我們關(guān)于Ti離子磁矩方向和價態(tài)的分析,以及估算出的陽離子分布狀態(tài)是合理的。(2)用溶膠凝膠法制備了MnxNi1-xFe2O4(0.0≤x≤1.0)粉末樣品。室溫下的XRD譜表明樣品全部為單相立方尖晶石結(jié)構(gòu),屬于空間群Fd3m。樣品的晶格常數(shù)a隨Mn摻雜量x的增加而增大。樣品的比飽和磁化強度σS隨著Mn摻雜量x的增加而逐漸增大。(3)假設(shè)Mn3+離子的磁矩與Mn2+和二、三價Fe、Ni離子的磁矩反平行排列,利用量子力學勢壘模型(QMPB模型)成功地擬合了Mn-Ni系列樣品在10 K溫度下的分子磁矩。在擬合過程中得到Mn、Fe和Ni離子在(A)位和[B]位的分布情況。發(fā)現(xiàn)Mn和Ni離子都有70%以上占據(jù)在[B]子晶格中,與以往一些作者的分析結(jié)果基本一致。(4)為解釋在同一子晶格中3d電子數(shù)目nd≤4的陽離子磁矩與nd≥5的離子磁矩反平行的現(xiàn)象,我們提出了O2p電子巡游機制:(i)考慮到電離度后,在氧化物中存在一部分負一價氧離子,因而存在O2p空穴;(ii)在一個子晶格中,O2p電子以金屬離子為媒介可以跳躍到相鄰氧離子的O2p空穴上,從而成為巡游電子,并保持自旋方向不變;同時O2p空穴向相反的方向巡游;(iii)因為在氧離子的一個外層軌道存在自旋相反的兩個2p電子,分別成為兩個不同子晶格的巡游電子,由此導致尖晶石鐵氧體MFe2O4(M=Fe、Co、Ni、Cu)的兩個子晶格中的離子磁矩方向相反。利用O2p電子巡游機制,不僅可替代超交換作用和雙交換作用,解釋尖晶石鐵氧體MFe2O4(M=Fe、Co、Ni、Cu)的磁結(jié)構(gòu),也可解釋Ti、Cr和Mn摻雜尖晶石鐵氧體的磁結(jié)構(gòu)。同時這個機制以原子殼層結(jié)構(gòu)的基本原理為基礎(chǔ),對于這種磁結(jié)構(gòu)的成因給出了清晰的物理圖像,使其更易于理解。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：河北師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM277
【目錄】：

下載全文 更多同類文獻

CAJ全文下載

(如何獲取全文？ 歡迎：購買知網(wǎng)充值卡、在線充值、在線咨詢)

CAJViewer閱讀器支持CAJ、PDF文件格式

【參考文獻】

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉少鵬;錳氧化物La_(0.7-x1)Sr_(0.3-x2)MnO_3的自摻雜鈣鈦礦相中陽離子分布研究[D];河北師范大學;2011年

2 紀登輝;尖晶石鐵氧體的電離度及其對離子分布和磁性的影響[D];河北師范大學;2013年

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 魏義永;簡并微擾論的二級近似公式[J];安徽教育學院學報;2003年03期

2 王夢瑜;;超細六角鐵酸鋇的分散與磁場下成型研究[J];合肥師范學院學報;2011年03期

3 程圣華,胡國光,尹萍;ZnO過量對MnZn鐵氧體磁性能的影響[J];安徽大學學報(自然科學版);2003年02期

4 魏健文;多電子原子Thomas修正探討[J];安徽師范大學學報(自然科學版);2003年03期

5 陳冠軍,黃時中;Wigner-Eckart定理的簡單證明[J];安徽師范大學學報(自然科學版);2003年04期

6 簡科;;雷達吸波材料的涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計[J];安全與電磁兼容;2009年03期

7 張杰;MATLAB在量子力學中的應用[J];安慶師范學院學報(自然科學版);2003年04期

8 汪賢才,桂傳友;不確定關(guān)系的幾點注記[J];安慶師范學院學報(自然科學版);2005年01期

9 馮紅寧;高首山;;量子力學三種繪景相互變換的幺正算符統(tǒng)一公式[J];遼寧科技大學學報;2011年02期

10 華杰;劉梅;徐仕翀;尹基哲;李海波;;用Sol-gel法制備NiCoZn鐵氧體/SiO_2納米復合材料的結(jié)構(gòu)與磁性[J];兵器材料科學與工程;2009年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱德喜;葉輝;高軍;劉旭;;聚合物電致發(fā)光器件中陰極絕緣層的影響及計算模型[A];光子科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化——長三角光子科技創(chuàng)新論壇暨2006年安徽博士科技論壇論文集[C];2006年

2 叢爽;楊霏;;開放量子系統(tǒng)收斂的狀態(tài)控制策略[A];中國自動化學會控制理論專業(yè)委員會B卷[C];2011年

3 袁江華;王秀閩;張致付;楊孔慶;劉洪;李幼銘;;地震偏移成像不確定性分析初探[A];中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所2007學術(shù)論文匯編(第六卷)[C];2008年

4 王永明;張仕俊;潘華蓉;;高密度組裝用低溫共燒Co-Z型六角鐵氧體基板材料[A];第十四屆全國混合集成電路學術(shù)會議論文集[C];2005年

5 李國棟;;磁性功能材料的發(fā)展和展望[A];第三屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集[C];1998年

6 楊云志;冉均國;鄭昌瓊;;溫敏錳鋅鐵氧體配方與居里溫度的關(guān)系的研究[A];第三屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集[C];1998年

7 劉穎;王敬平;譚穎;張密林;孟健;;共沉淀-熔鹽法合成六角片狀納米BaFe_(12)O_(19)[A];2006年全國功能材料學術(shù)年會專輯（Ⅲ）[C];2006年

8 宮元勛;甄良;邵文柱;姜建堂;;不同尺度CoFe_2O_4顆粒的水熱法合成及其高頻電磁性能[A];第六屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集（3）[C];2007年

9 崔培;鈕萼;于敦波;褚武揚;喬利杰;;力-磁-環(huán)境耦合作用下超磁致伸縮材料TbDyFe表面疇變的觀察[A];第六屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集（3）[C];2007年

10 米飛;孟錦宏;孫杰;曹曉暉;;化學共沉淀法制備M型鋇鐵氧體包覆空心玻璃微珠復合物及其磁性能[A];2008全國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2008年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 唐濤;鋰基陶瓷基態(tài)與缺陷性質(zhì)的第一原理計算及硅酸鋰中氘行為的實驗研究[D];中國工程物理研究院;2010年

2 魏洪源;原子分子在δ-Pu上的吸附、離解與擴散過程研究[D];中國工程物理研究院;2010年

3 蔡春波;1050鋁合金形變和再結(jié)晶過程中的織構(gòu)演變研究[D];哈爾濱理工大學;2009年

4 張曉;ZnO基寬禁帶稀磁半導體材料的制備及性能研究[D];南開大學;2010年

5 張翔;粉末冶金法制備高硅硅鋼片的軋制和熱處理工藝研究[D];武漢理工大學;2010年

6 鄭人華;新型含鄰菲羅啉聚合物及其金屬配合物的設(shè)計合成與磁性能研究[D];浙江大學;2010年

7 吳連斌;有機硅/噻唑金屬配合物的設(shè)計合成與磁性能研究[D];浙江大學;2010年

8 龔少華;半導體量子限制結(jié)構(gòu)的光學瞬態(tài)相干效應研究[D];武漢大學;2009年

9 江鳳仙;3d過渡金屬摻雜In_2O_3稀磁半導體材料的制備與研究[D];太原理工大學;2011年

10 王崢;磁致伸縮直線位移傳感器彈性波機理研究[D];太原理工大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 徐玉姣;尖晶石型M_xCo_(1-x)Fe_2O_4空心納米球的制備和電化學催化性能及其在鋰—空氣電池上的應用[D];蘇州大學;2015年

2 羅敏;分子離解模型邊值問題的研究[D];南京師范大學;2007年

【二級參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 丁子上,翁文劍;溶膠-凝膠技術(shù)制備材料的進展[J];硅酸鹽學報;1993年05期

2 謝永懷;制備精細陶瓷粉末的有機Sol－Gel工藝[J];核動力工程;1994年04期

3 陳東風,勾成,孫凱;熱中子粉末衍射輪郭精修程序RIETAN運行環(huán)境的設(shè)置及使用方法[J];核電子學與探測技術(shù);1997年02期

4 戴道生,熊光成,吳思誠;RE_(1-x)T_xMnO_3氧化物的結(jié)構(gòu),電磁特性和巨磁電阻[J];物理學進展;1997年02期

5 張莉,陳東風,薛艷杰,張百生,王光軍,李慶安,魯毅,成昭華;用Rietica處理中子粉末衍射實驗數(shù)據(jù)的方法[J];原子能科學技術(shù);2004年06期

6 吳義添;;四氧化三錳的制備、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和用途[J];中國錳業(yè);1990年01期

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李國棟;喜看鐵氧體新著的出版——評介都有為編著的《鐵氧體》[J];物理;1997年09期

2 亓淑艷;陳明;徐妍;;鐵氧體的研究進展[J];化學工程師;2014年01期

3 車平,陳博,甘樹才;鐵氧體磁性材料應用的進展及合成方法[J];世界地質(zhì);2000年02期

4 王勇,胡國光;降低精礦粉制備功率鐵氧體功耗的理論研究[J];安徽大學學報(自然科學版);2005年05期

5 孫文婷;陳存華;王麗霞;謝光遠;曾艷;;分散劑對鐵氧體燒結(jié)粉體的影響[J];華中師范大學學報(自然科學版);2010年02期

6 潘煒庭;;超聲工程中的磁致伸縮鐵氧體[J];物理通報;1964年01期

7 物理系長征廠磁學車間、磁學教研組熱壓鐵氧體小組;熱壓鐵氧體的制備和磁性[J];蘭州大學學報;1974年00期

8 張國榮;;波導隔離器中H面鐵氧體片內(nèi)右旋圓極化磁場h值的近似解[J];磁性材料及器件;1985年04期

9 嚴太玄;;鐵氧體的時間響應特性及其測量方法[J];高能物理與核物理;1985年04期

10 徐思珍;高頻錳-鋅功率鐵氧體材料的工藝技術(shù)[J];磁性材料及器件;1997年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 易容平;;一種低成本的石榴石鐵氧體材料[A];第十二屆全國磁學和磁性材料會議專輯[C];2005年

2 范薇;呂寶順;廖有良;藤陽民;;六角鐵氧體材料的研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化[A];新世紀 新機遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊）[C];2001年

3 冷觀武;李俊;彭虎;;微波高溫燒結(jié)鐵氧體材料研究與實踐[A];第三屆永磁及軟磁鐵氧體技術(shù)交流會論文集[C];2004年

4 陳德輪;;原子吸收光譜法測定鍶鈣鐵氧體中鈣[A];中國電子學會生產(chǎn)技術(shù)學會理化分析四屆年會論文集上冊[C];1991年

5 劉剛;楊中華;夏興順;王從香;;鐵氧體瓷棒真空鍍膜技術(shù)[A];中國真空學會第六屆全國會員大會暨學術(shù)會議論文集[C];2004年

6 張曄;姜海濤;解啟林;;鐵氧體基材濺射膜層的附著力測試方法[A];中國電子學會第十五屆電子元件學術(shù)年會論文集[C];2008年

7 胡平;潘德安;張深根;田建軍;;納米鋅鐵氧體的制備及磁性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集（第4分冊）[C];2010年

8 石軍傳;齊西偉;周濟;張力;張迎春;;氯化鈉摻雜對多層片式電感用鎳銅鋅鐵氧體顯微結(jié)構(gòu)和磁性能的影響[A];中國硅酸鹽學會2003年學術(shù)年會論文摘要集[C];2003年

9 王公正;房喻;莫潤陽;;微米復合鐵氧體材料超聲波吸收檢測研究[A];中國化學會第九屆全國應用化學年會論文集[C];2005年

10 李詩瑢;王改花;任勇;代波;;細菌纖維素/鈷鋅鐵氧體復合材料的吸波性能研究[A];2012中國功能新材料學術(shù)論壇暨第三屆全國電磁材料及器件學術(shù)會議論文摘要集[C];2012年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 邵海成 戴紅蓮 黃健 沈春華 李世普;[N];廣東建設(shè)報;2005年

2 何小明;[N];中國電子報;2000年

3 曹伍;[N];中國有色金屬報;2004年

4 王耕福;[N];中國電子報;2000年

5 黃剛 陽開新;[N];中國電子報;2001年

6 王西永;[N];中國汽車報;2003年

7 ;[N];中國電子報;2003年

8 巨田證券研究所 卜忠東;[N];中國證券報;2004年

9 曹勇;[N];中國電子報;2001年

10 黃剛;[N];中國電子報;2001年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李紅英;稀土六方鐵氧體的合成、表征及吸波性能的研究[D];吉林大學;2007年

2 李茹民;摻雜納米鐵氧體的合成與磁性能研究[D];哈爾濱工程大學;2007年

3 賈利軍;高頻Z型六角鐵氧體材料研究[D];電子科技大學;2008年

4 沈小虎;鐵氧體耐高溫磁控濺射金屬化膜系及產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵問題的研究[D];浙江大學;2013年

5 徐文飛;六角鐵氧體的制備及其物理特性的研究[D];華東師范大學;2014年

6 徐吉靜;稀土取代六方晶系鐵氧體的微觀結(jié)構(gòu)和電磁性能研究[D];吉林大學;2011年

7 曹曉非;低頻鋰鋅鐵氧體吸波材料及其在聚合物中分散技術(shù)的研究[D];山東大學;2009年

8 孟偉青;層狀前體法制備鐵氧體磁性材料的研究[D];北京化工大學;2004年

9 李雪飛;高通量磁光成像表征方法與鏑鐿鉍鐵氧體磁光特性的組合篩選[D];中國科學技術(shù)大學;2008年

10 楊林穎;鐵氧體非互易器件新結(jié)構(gòu)及其特性研究[D];電子科技大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉正陽;大功率鐵氧體匹配支節(jié)研究[D];南京信息工程大學;2015年

2 楊洋;酸洗污泥制備鐵氧體吸附Pb~(2+)廢水研究[D];南京理工大學;2015年

3 馮弘;尖晶石型Mn-Zn、Ni-Zn鐵氧體磁性納米晶的軟化學可控制備及性能研究[D];四川師范大學;2015年

4 王曉;鈷銅鋅鐵氧體—聚吡咯微波吸收材料的制備及吸波機理分析[D];沈陽理工大學;2015年

5 于丕風;高Bs低損耗MnZn鐵氧體材料的研制[D];電子科技大學;2015年

6 宦麗;抗偏置低溫燒結(jié)NiCuZn鐵氧體及在功率片式電感中的應用研究[D];電子科技大學;2015年

7 周寅冬;MgCuZn鐵氧體材料制備與高頻磁性能研究[D];電子科技大學;2014年

8 王亮;低溫制備NiCuZn鐵氧體及對磁性能的影響[D];電子科技大學;2014年

9 李海鑫;高性能耐熱沖擊鎳鋅功率鐵氧體材料的研究[D];電子科技大學;2015年

10 李東月;用于無線充電中的NiCuZn鐵氧體屏蔽材料的研究[D];電子科技大學;2015年

  本文關(guān)鍵詞：尖晶石鐵氧體中Ti、Mn離子的磁矩方向和O2p電子巡游機制，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：179882