Ca,Ga掺杂ErMnO3结构和物性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qq184343882
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稀土锰氧化物(RMnO3)是一种强关联电子体系,表现出电荷有序、多铁性、庞磁电阻效应(CMR)、磁致热效应等丰富的物理性质,因而备受关注。目前关于大半径稀土锰酸盐的研究相对较多,小半径稀土锰酸盐物理性质的研究比较匮乏,但这方面的数据对理解RMnO3体系的性质又是必要的。本论文选择ErMnO3作为研究对象,通过在A位掺杂Ca离子,B位掺杂Ga离子观察掺杂量对其磁性、电输运性质、介电性质等方面的影响。利用固相反应方法,在1350℃下经过两次烧结制得六方结构的ErMn1-xGaxO3样品。通过精修数据发现,随着掺杂比例的增大,晶胞参数a逐渐减小,c逐渐增大。Ga掺杂增大了晶格扭曲程度。样品ErMn1-xGaxO3室温下处于铁电相,介电常数为103数量级,温度升高时低频介电系数显著增大,说明Ga掺杂提高了此类电介质的低频特征。。将六方相ErMn1-xGaxO3样品在1000℃、4 GPa条件下处理,就得到了正交相ErMn1-xGaxO3材料。Ga的引入降低了母体材料ErMnO3的Jahn-Teller畸变程度,晶格常数b随着掺杂量增加;晶格常数a、c和晶胞体积则随着掺杂量的增加逐渐减小。掺杂Ga引入了电子-振动相互作用,同时也稀释了B位Mn离子,增加了材料中的铁磁相互作用成分,导致顺磁居里温度和反铁磁转变温度随之降低。电子振动相互作用降低了电子移动的难度,材料电阻因此降低,也增大了材料的介电系数。但是,电子振动相互作用也带来了新的能量耗散途径,导致介电损耗峰值变高。利用固相法和高温高压方法成功获得正交相Er1-xGaxMnO3(x=0-0.5)样品,其中x=0.3-0.5样品通过固相反应方法获得,x=0.1和x=0.2样品则需要经过固相反应、高温高压处理(1000℃,4 GPa)得到。Ca掺杂量增加时,Er1-xGaxMnO3的晶格畸变减小,晶格常数a减小,b和c增大。Ca掺杂后,Er1-xGaxMnO3没有出现铁磁态,表现为磁性玻璃的特征,这是铁磁与反铁磁相互作用竞争的结果。晶格的严重扭曲造成磁转变温度随着掺杂量的增加而缓慢下降。样品的输运性质表现出半导体行为,低掺杂量时为极化子导电机制,掺杂量提高后转变为变程跳跃机制。
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