居里溫度的測(cè)定

鈣鈦礦錳氧化物居里溫度的測(cè)定摘要：本文簡(jiǎn)要介紹和討論了磁性材料居里溫度的測(cè)量方法，對(duì)鈣鈦礦錳氧化物的居里溫度做了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了討論。關(guān)鍵詞：居里溫度；鈣鈦礦錳氧化物；磁化強(qiáng)度;臨界指數(shù)引言與材料科學(xué)中，居里溫度（或稱(chēng)為居里點(diǎn)）是指鐵磁性材料或亞鐵磁性材料在升溫過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度。在居里溫度以上，磁性物質(zhì)會(huì)失去其強(qiáng)磁性。在居里溫度以下，交換作用使得相鄰原子磁矩呈平行取向（鐵磁性材料），或者反平行取向（亞鐵磁性材料）。當(dāng)溫度升高時(shí)，原子的無(wú)序熱運(yùn)動(dòng)將會(huì)逐步破壞材料內(nèi)部磁矩的有序排列，當(dāng)溫度高于居里溫度后，熱運(yùn)動(dòng)能和交換作用能相等，此時(shí)材料處于完全無(wú)序狀態(tài)，變?yōu)轫槾判浴Ｔ诰永稂c(diǎn)處磁性的破壞是一種二級(jí)相變，同時(shí)磁化率理論上為無(wú)限大，因此居里點(diǎn)也是臨界點(diǎn)。不同材料的居里溫度是不同的。材料居里溫度的高低反映了材料內(nèi)部磁性原子之間的直接交換作用、超交換作用、雙交換作用。因此，深入研究和測(cè)定材料的居里溫度有著重要意義。居里溫度的測(cè)量方法通過(guò)測(cè)定材料的飽和磁化強(qiáng)度的溫度依賴(lài)性得到QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。曲線，從而得到QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。降為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的居里溫度。這種方法適用于那些可以用來(lái)在變溫條件下直接測(cè)量樣品飽和磁化強(qiáng)度的裝置，例如磁天平、震動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)以及SQUID等。通過(guò)測(cè)定樣品材料在弱磁場(chǎng)下的初始磁導(dǎo)率QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。的溫度依賴(lài)性，利用霍普金森效應(yīng)，確定居里溫度?；羝战鹕?yīng)指的是一些軟磁材料的初始磁導(dǎo)率在居里溫度附近，由于磁晶各向異性常數(shù)隨溫度升高而趨于零的速度遠(yuǎn)快于飽和磁化強(qiáng)度隨溫度的變化，而初始磁導(dǎo)率，因此在居里溫度附近，會(huì)顯示一最大值，隨后快速趨于零的現(xiàn)象。通過(guò)測(cè)量其他磁學(xué)量（如磁致伸縮系數(shù)等）的溫度依賴(lài)性求得居里溫度。通過(guò)測(cè)定一些非磁學(xué)量如比熱、電阻溫度系數(shù)、熱電勢(shì)等隨溫度的變化，隨后根據(jù)這些非磁學(xué)量在居里溫度附近的反常轉(zhuǎn)折點(diǎn)來(lái)確定居里溫度。鈣鈦礦錳氧化物鈣鈦礦錳氧化物指的是成分為QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。(R是二價(jià)稀土金屬離子，QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。為一價(jià)堿土金屬離子)的一大類(lèi)具有QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氧化物。理想的QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。型(QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。為稀土或堿土金屬離子，QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。為QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。離子)鈣鈦礦具有空間群為QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。的立方結(jié)構(gòu)，如以稀土離子QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。作為立方晶格的頂點(diǎn)，則QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。離子和QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。離子分別處在體心和面心的位置，同時(shí)，QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。離子又位于六個(gè)氧離子組成的QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。八面體的重心，如圖1(a)所示。圖1(b)則是以QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。離子為立方晶格頂點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖。一般，把稀土離子和堿土金屬離子占據(jù)的晶位稱(chēng)為QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。位，而QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。離子占據(jù)的晶位稱(chēng)為QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。位。圖1QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)這些鈣鈦礦錳氧化物的母本氧化物是LaQUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，Mn離子為正二價(jià)，這是一種顯示反鐵磁性的絕緣體，呈理想的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。早在20世紀(jì)50—60年代，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果用二價(jià)堿土金屬離子(Sr、Ca、Pb等)部分取代三價(jià)稀土離子，Mn離子將處于QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。/QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。混合價(jià)狀態(tài)，于是，通過(guò)和離子之間的雙交換作用，在一定溫度(Tp)以下、將同時(shí)出現(xiàn)絕緣體—金屬轉(zhuǎn)變和順磁性—鐵磁性轉(zhuǎn)變。隨著含Sr量的增加，錳氧化物QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。的R—T曲線形狀發(fā)生明顯變化。實(shí)驗(yàn)原理圖2示出了樣品和測(cè)試線圈支架示意圖。測(cè)試線圈由匝數(shù)和形狀相同的探測(cè)線圈組A合補(bǔ)償線圈組B組成。在兩根細(xì)石英管上用高強(qiáng)度漆包線分別繞制初級(jí)（磁化）線圈和次級(jí)（感應(yīng)）線圈。樣品和熱電偶置于其中一個(gè)石英管A中，另一個(gè)線圈組是作為補(bǔ)償線圈引入的，以消除變溫過(guò)程中因線圈阻抗發(fā)生的變化而造成的測(cè)試誤差。兩個(gè)線圈組的初級(jí)線圈串聯(lián)相接，而次級(jí)線圈反串聯(lián)相接。由于兩個(gè)線圈組的次級(jí)是反串聯(lián)相接的，因此其感生電動(dòng)勢(shì)是相互抵消的。在溫度低于QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。時(shí)，位于探測(cè)線圈A中的樣品呈鐵磁性，而補(bǔ)償線圈B中無(wú)樣品，反串聯(lián)的次級(jí)線圈感應(yīng)輸出信號(hào)強(qiáng)度正比于鐵磁樣品的磁化強(qiáng)度；當(dāng)溫度升到QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。以上時(shí)，探測(cè)線圈A中的樣品呈順磁性，和補(bǔ)償線圈中空氣的磁性相差無(wú)幾，反串聯(lián)的次級(jí)線圈感應(yīng)輸出信號(hào)強(qiáng)度幾乎變?yōu)榱恪Ｒ虼?，在樣品溫度?7K逐漸升高時(shí)，在QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。附近隨著磁性的突然變化鎖定放大器的輸出信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)有一個(gè)比較陡峭的下降過(guò)程，因此可測(cè)定QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。。居里溫度）時(shí)，自發(fā)磁化強(qiáng)度隨的變化遵從以下規(guī)律：，我們實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)測(cè)得了居里溫度，因此可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出時(shí)的，做出與的關(guān)系圖，并對(duì)其進(jìn)行形式為的函數(shù)擬合，得到的值即為臨界指數(shù)，如下圖：有圖可看到臨界指數(shù)實(shí)驗(yàn)思考如果探測(cè)線圈A和補(bǔ)償線圈B在繞制時(shí)不完全相同，會(huì)對(duì)測(cè)到的M-T（U-T）曲線以及產(chǎn)生什么影響？答：由前文的理論計(jì)算可知，當(dāng)繞制不同時(shí)和無(wú)法相消，因此計(jì)算得到的電勢(shì)差會(huì)為以下形式：得到的電勢(shì)差平均值為即在原有測(cè)量結(jié)果的電壓值上疊加了一個(gè)常數(shù)，即原有實(shí)驗(yàn)U-T圖形沿縱坐標(biāo)平移了一段距離，顯然，理論上這對(duì)于求導(dǎo)獲得的居里溫度不會(huì)產(chǎn)生任何影響，但實(shí)際需分情況討論，當(dāng)時(shí)，居里點(diǎn)附近的磁場(chǎng)躍變相對(duì)于線圈本身的激勵(lì)磁場(chǎng)為小量，這在實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)量中會(huì)使得測(cè)量到的電壓變化（居里點(diǎn)附近）不顯著，從而降低了實(shí)驗(yàn)精度。而當(dāng)或兩者相差不大時(shí)，這種影響便可忽略不計(jì)。參考文獻(xiàn)[1]G.H.JonkerandJ.HVanStanten,physica.16,337(1950)[2]J.HVanStantenandG.H.Jonker,physica(Amsterdam)16,559(1950)[3]C.Zenner,Phys.Rev.82,403(1951)[4]P.W.Andersen,Hasegawa,Phys.Rev.100,675(1955)[5]S.Jin,H.Tiefel,M.Mecormack,R.A.Fastbacht,J.M.Phil