掺杂YbMnO3的结构和电学性质研究

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稀土锰氧化物(RMnO3)由于庞磁电阻、多铁等性质而备受关注,相关研究大部分集中在R=La-Sm材料上。小半径稀土锰氧化合物,其正交相合成需要高压高温条件,相关的研究比较少。本论文选取YbMnO3作为研究对象,通过在A位掺Ca元素,B位掺Ga元素来调整材料的结构。利用结构精修和红外光谱方法深入分析了掺杂对Jahn-Teller效应的影响。同时对掺杂后系统的电阻、介电、磁性等做了测试并分析了性质改变的原因。利用固相反应方法,在1350℃条件下制备了YbMn1-xGaxO3,产物为六角相;但掺杂量达到0.4、0.5时,出现Yb3Ga5O12杂质。精修显示随掺杂提高,晶格常数c增大,a、b减小。在液氮温度到400K,测试频率1k Hz、10k Hz、100k Hz、1MHz下,相对介电系数量级在101到102,并不高。对固相法得到的样品在4GPa、1000℃的条件下处理,六角相成功转化为正交相,但Yb3Ga5O12杂质未消失。随Ga的掺杂量提高,晶格常数a、b变小,而c变大;晶格畸变变小,Jahn-Teller效应变弱,Mn-O-Mn键角随Jahn-Teller效应变弱而增加。Ga3+掺杂使YbMnO3体系的反铁磁转变温度降低,低于20K。正交相YbMn1-xGaxO3的介电系数远大于六角相。利用4GPa、1000℃条件合成正交相Yb1-xCaxMnO3。Ca2+掺杂引入了Mn4+离子,削弱了系统的Jahn-Teller效应。随着Ca掺杂浓度的提高,晶格常数b减小,a、c增大,晶胞体积减小且在掺杂区间0.2-0.3变化较大。SEM显示Ca2+的掺杂使晶粒变小形成更多团簇,高压高温后样品结晶度和致密度好于固相法合成的样品。随Ca2+掺杂样品电阻率变低,且遵从热激活导电模式。在正交YbMnO3中掺Ca2+使体系的反铁磁转变温度降低。红外光谱显示Mn-O-Mn键角随掺杂变大。
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