当前位置:主页 > 科技论文 > 物理论文 >

过渡金属氧化物的负磁化效应和磁热效应研究

发布时间:2020-07-19 17:57
【摘要】:磁性材料因其中存在自旋-自旋、自旋-轨道等复杂的相互作用,使其表现出丰富的物理性质,成为近年来普遍关注的功能材料。本论文以过渡金属氧化物为研究对象,就负磁化效应和磁热效应这两类既具有基础研究意义又具有重要应用的效应进行研究,论文的主要工作和创新点概述如下:(1)使用溶胶-凝胶法并经过适当的退火处理制备了名义组分为YCr_(1-x)Mn_xO_3的钙钛矿结构的Mn掺杂Y-Cr基过渡金属氧化物材料。研究表明,适当含量的Mn掺杂可实现在补偿温度以下显示明显的负磁化效应,最大程度的负磁化效应出现在x=0.3的Mn掺杂样品中。基于对实验结果的综合性分析,对Mn掺杂引起的负磁化效应的起因进行了讨论,认为在Mn掺杂样品中存在两种磁化,一种是由Cr~(3+)-O~(2-)-Cr~(3+)和Mn~(3+)-O~(2-)-Mn~(3+)贡献的正向磁化,另一种是由Cr~(3+)-O~(2-)-Mn~(3+)贡献的逆向磁化,观察到的负磁化效应是因为逆向磁化的绝对值大于正向磁化所致。(2)使用溶胶-凝胶法并经过适当的退火处理制备了名义组分为EuCr_(1-x)-x Fe_xO_3的钙钛矿结构的Fe掺杂Eu-Cr基过渡金属氧化物材料。研究表明,Fe掺杂可有效抑制Cr-Cr相互作用,对其倾角反铁磁结构产生破坏,使原有的弱铁磁性减弱。当Fe掺杂量达到x=0.55时,样品显示明显可观察的负磁化效应,并获得高达200 K的磁补偿温度T_(comp),远高于以往报道的磁补偿温度。对x=0.55样品,给定温度下不同磁场下的磁化测量表明,仅仅通过改变磁场的大小,就可以实现在样品的正磁化态和负磁化态之间进行切换,且这样的切换在远高于液氮温度就可以实现。基于对实验结果的综合性分析,文中对Fe掺杂引起的磁行为变化以及负磁化效应的起因进行了讨论,认为在Fe掺杂样品中存在两种磁化,一种是由Eu~(3+)顺磁性、Cr~(3+)-Cr~(3+)成夹角结构引起的弱铁磁性以及Fe~(3+)-Fe~(3+)成夹角结构引起的弱铁磁性所产生的正向磁化,另一种是由Cr~(3+)-Fe~(3+)贡献的逆向磁化,观察到的磁性随Fe掺杂量增加而减弱是因为逆向磁化越来越重要所致,在x=0.55样品中观察到的负磁化,则是由于逆向磁化的绝对值大于由各种可能原因产生的正向磁化所致。(3)使用溶胶-凝胶法并经过适当的退火处理制备了名义组分为Co(Cr_(1-x)Mn_x)_2O_4的Mn掺杂Co-Cr基尖晶石结构的过渡金属氧化物材料并对其磁性进行了系统的实验研究。结果表明,T_C温度以下的磁性随Cr位Mn掺杂而减弱;在x=0.3-0.5掺杂量范围内,样品显示明显的负磁化效应。对表现负磁化效应的样品进行了磁化态稳定性实验,结果表明,只要温度和磁场保持不变,无论是正磁化态还是负磁化态,均显示出几乎不随时间改变的稳定磁化态,且通过改变温度或磁场强度的大小,可以实现在良好稳定的负/正磁化态之间进行切换,从而可实现热/磁致开关效应。在综合分析的基础上,对Mn掺杂引起的磁性变化和负磁化效应的起因进行了讨论,认为Mn掺杂引进了Cr~(3+)-Mn~(3+)离子间磁相互作用,这一相互作用会导致额外的逆向磁矩的产生,伴随Mn掺杂量增加,逆向磁矩的绝对值增加,使得样品的磁性减弱,而在x=0.3-0.5掺杂范围,由于Cr~(3+)-Mn~(3+)离子间磁相互作用的贡献使得逆向磁矩的绝对值大于正向磁矩,引起负磁化效应。(4)使用溶胶-凝胶法并经过适当的退火处理制备了名义组分为Ni(Cr_(1-x)Mn_x)_2O_4的Mn掺杂Ni-Cr基尖晶石结构的过渡金属氧化物材料并对其磁性进行了系统的实验研究。结果表明,Mn掺杂不仅大大抑制了T_C温度以下的亚铁磁性,而且使样品的磁性发生了显著的变化。对掺杂量在0.15-0.3之间的样品,实验上观察到T_(comp1)、T_(SR)和T_(comp2)三个明显可区分的特征温度存在。在T_(comp2)TT_(comp1)温度范围内,x=0.15-0.3的样品显示出明显的负磁化效应,在T_(SR)温度负磁化效应的程度达到最大。对表现负磁化效应的材料,我们的结果表明,在液氮温度就可以通过较低磁场大小的改变实现在稳定的正/负磁化态之间进行切换,显示了更切合实际的应用前景。(5)针对YCr_(1-x)Mn_xO_3、EuCr_(1-x)Fe_xO_3、Co(Cr_(1-x)Mn_x)_2O_4和Ni(Cr_(1-x)Mn_x)_2O_4四种表现负磁化效应的磁性材料和R_2CoMnO_6(R=Sm,Dy)双钙钛矿型材料进行了磁热效应的实验研究,结果表明,所有样品均在T_C温度附近表现出与顺磁-铁磁转变相关的正磁热效应,除此之外,更为重要的是,在负磁化材料中观察到反磁热效应和在Dy_2CoMnO_6双钙钛矿型材料中观察到另一种具有巨大磁熵变的正磁热效应。基于对实验结果的综合分析,认为负磁化材料中观察到的反磁热效应与其中存在正、逆两种不同取向的磁矩有关,由于受材料内部强的磁晶各向异性以及复杂的磁相互作用的影响,磁场不足以使得逆向磁矩沿磁场方向翻转,导致系统的磁熵增加,因此表现出反磁热效应;而对Dy_2CoMnO_6体系中低温下观察到的另一种正磁热效应,认为与较大离子半径的Dy~(3+)离子导致系统中铁磁和反铁磁相的共存有关,磁场驱动反铁磁相中磁矩转向和铁磁与反铁磁相间相互作用对温度依赖关系的不同,两种效应的竞争导致低温下出现另外一种具有巨大磁熵变的正磁热效应。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O482.5
【图文】:

磁结构,磁性,固有磁矩,物质


图 1.1 五种磁性对应的磁结构[1]。I. 抗磁性: 0,即磁化强度与外磁场方向相反, 的量级约为 10-存在于所有的物质中,但通常只在没有固有磁矩的物质中才能观察到

曲线,曲线,磁化效应,磁补偿


中 科 技 大 学 博 士 学 位 论矩相互之间完全磁补偿,由此产生的实验结果是磁温曲交点所对应的温度称为补偿温度(Compensation Temp示。不仅如此,有些材料在磁补偿效应的影响下,当温磁化强度甚至为负值[6],这种在正向磁场下磁化强度负值的现象称之为负磁化效应(Negative magnetizatioion reversal)[7]。负磁化效应的实验观察,说明材料内部磁场方向,这与大部分材料的磁化结果是不同的。图 112样品中场冷过程中测量得到的磁温曲线,可以看到,温曲线低温下越过温度轴而表现出负磁化现象。

曲线,曲线,和会,磁性材料


1.3 La0.2Ce0.8CrO3在 100 Oe 下的 ZFC 和 FC 曲线[1,对于大部分磁性材料,ZFC 曲线位于 FC 曲线下C 磁化强度, 但对于负磁化材料,若进行 ZFC 和会发现,在 Tcomp以上温度,FC 曲线位于 ZFC 曲线上相反的情形,即 FC 曲线位于 ZFC 曲线下方,如图

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 周士琼,吴晓惠;检验水磁化效应的方法探讨[J];铁道建筑;1993年08期

2 ;睡觉方向应是头北脚南[J];治淮;1993年11期

3 熊德琪,黄先湖;应用磁化效应提高含酚废水处理效果[J];水处理技术;2001年01期

4 张蕴哲;磁化水在苏联农业中的应用[J];世界农业;1984年01期

5 陈婉蓉,王f ,冯玉英;磁化水的熔化热焓研究[J];化学世界;1996年S1期

6 张昭兵;;影子的重量和多米诺磁化效应——评小说《月亮是一条河》[J];山花;2008年07期

7 谢叔良;张人立;金浩祥;眭元庚;连保罗;;磁化水防治草酸钙尿结石的实验观察[J];江苏医药;1984年05期

8 郭应焕,杨巨华;磁场对水作用机理的正电子湮没研究[J];核技术;1999年12期

9 陈希;刘厚方;韩秀峰;姬扬;;CoFeB/AlO_x/Ta及AlO_x/CoFeB/Ta结构中垂直易磁化效应的研究[J];物理学报;2013年13期

10 王冬梅;;磁效应在制药工艺中的应用[J];科技展望;2015年14期

相关会议论文 前2条

1 刘玉龙;莫育俊;朱恪;魏玉年;季松泉;;磁化水检测方法的研究——激光喇曼散射[A];中国物理学会光散射专业委员会成立十周年暨第六届学术会议论文集(上)[C];1991年

2 韦茂彬;沈智威;肖刚;邱庆春;陈耀文;吴仁华;;改进的传统磁化传递序列在磁共振pH成像上应用的可行性研究[A];中华医学会第十八次全国放射学学术会议论文汇编[C];2011年

相关重要报纸文章 前4条

1 李明贤;合理睡眠六条[N];卫生与生活报;2003年

2 黄齐超;网络热词 不能太任性[N];山西日报;2014年

3 吴从卿;一市多赢活全盘[N];德州日报;2007年

4 寒岩亭;人体缺磁易得病[N];保健时报;2003年

相关博士学位论文 前2条

1 李苍龙;过渡金属氧化物的负磁化效应和磁热效应研究[D];华中科技大学;2019年

2 朱长明;尖晶石基材料中负磁化及室温多铁性能的研究[D];华中科技大学;2017年



本文编号:2762758

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/2762758.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户65bc5***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com