Y替代對過渡金屬氧化物YbCrO_稀土鉻氧化物

1、Y替代對過渡金屬氧化物YbCrO_稀土鉻氧化物    論文導(dǎo)讀:：由于稀土鉻氧化物獨(dú)特的物理性質(zhì)。摻雜的效果。負(fù)磁化現(xiàn)象首先在尖晶石結(jié)構(gòu)復(fù)合物中被發(fā)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：稀土鉻氧化物，Y摻雜，負(fù)磁化現(xiàn)象    1 引 言 由于稀土鉻氧化物獨(dú)特的物理性質(zhì)，如傾角反鐵磁、相分離、自旋重取向、磁場記憶效應(yīng)及磁臺階效應(yīng)等，其磁性在過去的幾十年間得到廣泛的研究1-6。近年來，又有多個研究組對于多稀土鉻氧化物體系在較小外磁場(KOe)下降溫測量直流磁化強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)在低溫下其出現(xiàn)零磁化強(qiáng)度現(xiàn)象。零磁化強(qiáng)度現(xiàn)象，即在一個外加恒定小磁場的作用

2、下，由溫度誘導(dǎo)材料磁矩從沿著外磁場方向轉(zhuǎn)變?yōu)榕c外磁場相反方向畢業(yè)論文格式，隨溫度的降低其磁化強(qiáng)度逐漸反轉(zhuǎn)，并且在某個溫度點(diǎn)材料整體磁化強(qiáng)度顯示為零，隨后出現(xiàn)負(fù)的磁化強(qiáng)度，該溫度稱為補(bǔ)償溫度Tcomp。這種現(xiàn)象最早由奈爾（Neel）7預(yù)言，可能出現(xiàn)在包含兩種或多種反鐵磁有序離子的亞鐵磁材料中。幾十年前，負(fù)磁化現(xiàn)象首先在尖晶石結(jié)構(gòu)復(fù)合物中被發(fā)現(xiàn)8。零磁化現(xiàn)象非常罕見，并且往往將這種現(xiàn)象歸結(jié)為材料磁晶各向異性能遠(yuǎn)大于外磁場的作用而導(dǎo)致其自旋無法翻轉(zhuǎn)至與外場方向一致。這種由溫度導(dǎo)致的磁性反轉(zhuǎn)，僅在相當(dāng)有限的幾個體系中被觀察到，其包括(i)LaVO39、(ii)PdFe合金10、(iii)Nd1?xCa

3、xMnO3錳氧化物11、(iv)La1?xPrxCrO3 12、GdCrO313、La1-xNdxCrO314、(v)Sm1?xGdxAl215。對于V(III)氧化物L(fēng)aVO3而言，磁性離子在第一類磁滯伸縮導(dǎo)致的晶格畸變中伴隨著軌道和自旋有序的突變，因此導(dǎo)致了磁化強(qiáng)度的反轉(zhuǎn)16。稀土鉻氧化物中，其零磁化現(xiàn)象歸結(jié)為其稀土離子(Pr3+,Ga3+和Nd3+)順磁強(qiáng)度與Cr3+傾角反鐵磁方向相反所致。既A與B位磁性離子子晶格間存在反鐵磁相互作用12-14。母體中不均勻的磁性團(tuán)簇是導(dǎo)致PdFe合金零磁化現(xiàn)象的原因10。最近，在Sm1 ?xGdxAl2薄膜中則發(fā)現(xiàn)樣品在其補(bǔ)償溫度處，Sm3+離子的軌道

4、磁矩與Sm3+和Gd3+離子的自旋磁矩反相平行且恰好完全抵消15。 稀土鉻氧化物豐富的磁性源于A位稀土離子與B位Cr離子間的相互作用所導(dǎo)致的低溫區(qū)多個磁性轉(zhuǎn)變。其磁性不再是僅僅由過渡金屬間d-d相互作用所決定畢業(yè)論文格式，往往在低溫下源于稀土離子之間的f-f相互作用以及稀土離子和過渡金屬間的f-d相互作用也不容忽視5,17。在稀土鉻氧化物系列中，YbCrO3由于Yb3+與Cr3+之間存在非常強(qiáng)的各向異性相互作用，而導(dǎo)致其在低溫下顯示出豐富有趣的磁性。對于Yb3+離子而言，其4f軌道僅被一個空穴所占據(jù)導(dǎo)致在YbCrO3中存在較強(qiáng)的3d-4f相互作用5,18。本文首次詳細(xì)報(bào)道了鈣鈦礦鉻氧化物YbC

5、rO3場冷模式直流磁化強(qiáng)度出現(xiàn)零磁化現(xiàn)象（Tcomp20 K），并且當(dāng)外磁場大于閾值場(100 Oe)時(shí)，其零場冷磁化強(qiáng)度也具有明顯的負(fù)磁化現(xiàn)象。同時(shí)用4f軌道不被電子占據(jù)即無剩余自旋的非磁性稀土金屬Y離子19對于YbCrO3母體進(jìn)行不同程度A位摻雜。眾所周知，在鈣鈦礦氧化物中不同半徑的A位離子，通過過渡金屬離子間的氧離子影響過渡金屬間的相互作用以致對整個樣品磁性進(jìn)行調(diào)控。此外，非磁性離子Y對于YbCrO3的摻雜勢必能夠?qū)ζ渲写嬖诘妮^強(qiáng)的3d-4f相互作用實(shí)現(xiàn)調(diào)控。非磁性Y離子摻雜意在稀釋其A、B位離子間的強(qiáng)相互作用，以探究其低溫磁性異常的物理本質(zhì)。 2實(shí) 驗(yàn) 使用高純度Yb2O3 (99.9

6、9%), Y2O3(99.99%)和Cr2O3(99.9%)原始樣品通過傳統(tǒng)固相反應(yīng)法對YbCrO3母相進(jìn)行了非磁性離子Y的摻雜。制備了Yb1-xYxCrO3 (x=0.00.5)系列陶瓷多晶樣品。所有的原始材料都經(jīng)多次混合研磨以保證制備樣品的均一性?；旌衔锸紫仍诳諝庵杏?00?C燒結(jié)24小時(shí)；經(jīng)再次研磨壓片后于1300?C保溫24小時(shí)；待降溫，再次研磨壓片后于1450?C保溫50小時(shí)；最后制得的樣品于800?C通氧退火5小時(shí)以保證樣品適當(dāng)含氧量。利用室溫X 射線衍射儀和用第三代同步輻射加速器上海光源的X射線衍射光束線對樣品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，銅靶（=1.54056 ?）粉末XRD掃描步幅為0.

7、02 °(Dmax-2550)，同步輻射（=1.2398 ?）XRD的掃描步幅為0.0025°。數(shù)據(jù)分析采用軟件jade5.0。使用美國Quantum Design 的PPMS 物性測量系統(tǒng)（測量溫度范圍是2-340 K，精度為0.01 K畢業(yè)論文格式，外加磁場范圍為0 到8 T，精度為0.2 T）對樣品在2-300 K內(nèi)的直流磁化率進(jìn)行了詳細(xì)系統(tǒng)的測試，以表針樣品各個溫區(qū)的自旋狀態(tài)。所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果皆可重復(fù)。 3結(jié) 果 3.1 X射線衍射 圖1為Yb1-xYxCrO3(x=0.00.5)系列樣品室溫測試的XRD圖譜以及圖2 X=0.3, 0.4, 0.5三個樣品的高分辨同步

8、輻射粉末XRD圖譜（角度已轉(zhuǎn)換為銅靶K），均可被指標(biāo)化為正交晶系，空間群為Pnma。其X射線衍射出現(xiàn)的峰值只與原始反應(yīng)物匹配并與母相峰值出現(xiàn)位置相同。X射線衍射結(jié)果表明Y離子與Yb離子隨機(jī)地分布在A位，形成YCrO3與YbCrO3的固融體。我們所制備的母相多晶樣品YbCrO3的晶格常數(shù)的測試計(jì)算結(jié)果為a=5.185 ?, b=5.488 ?, c=7.474 ? , 和晶包體積V=213.3 ?3，與之前文獻(xiàn)中報(bào)道的晶格常數(shù)a =5.195 ?, b =5.51 ?, and c =7.49 ?基本符合。Y離子摻雜樣品晶包參數(shù)列于表1中，隨Y離子含量的增加晶格常數(shù)呈單調(diào)上升趨勢，同步輻射結(jié)果也

9、表明高Y含量的樣品其輻射峰值向小角度移動。 小論文" width="424" src="/d/file/201105/12/3.files/image001.gif" / 圖1 Yb1?xYxCrO3 (0x0.5)室溫XRD圖樣 數(shù)學(xué)小論文" width="397" src="/d/file/201105/12/3.files/image002.gif" / 圖2 Yb1-xYxCrO3 (X=0.3-0.5)高分辨同步輻射粉末XRD圖譜(角度已轉(zhuǎn)換為銅靶K) 表1 晶格常數(shù)、傾角反鐵磁轉(zhuǎn)變溫

10、度與場冷模式測量補(bǔ)償溫度          x        a(?)        b(?)        c(?)        V(?3)    

11、0;   TNFC(K)        Tcomp(K)             0        5.185        5.49      &#

12、160; 7.474        212.7        119        19             0.1        5.199&#

13、160;       5.503        7.492        214.3        131        15       

14、      0.2        5.207        5.508        7.5        215.13        132

15、0;       13             0.3        5.221        5.52        7.519   &#

16、160;    216.68        141        9             0.4        5.211      &

17、#160; 5.507        7.503        215.38        139        -             0.5&

18、#160;       5.216        5.511        7.509        215.85        144        -     3.2 FC-ZFC(場冷-零場冷模式)直流磁化強(qiáng)度 由圖3可以看到，母相YbCrO3磁化率倒數(shù)隨溫度的變化趨勢來看，與之前報(bào)道一致，其在117k由順磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閮A角反鐵磁狀態(tài)。117 K以上符合局里-外斯定律=C/(T?CW)，擬合可得CW=-119 K, 居里-外斯常數(shù)C為4.44 emu