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多铁性材料由于同时具有铁电、铁磁、铁弹等性质,在发光,器件,磁学等方面具有很大的应用价值,近年来引起了广泛的兴趣。本文合成了掺杂多铁性材料TbMnO3化合物,包括Nd,Sr,Eu等多种体系,并通过X射线粉末衍射、磁性测量、介电性质测量等方法对体系的晶体结构,磁性和介电性能进行了研究,得到如下结果:
X射线衍射图显示,Tb1-xNdxMnO3(0.1≤x≤0.5)化合物都形成了正交结构,空间群为P b n m。掺入Nd3+后,化合物的晶胞参数有规律的单调变化,证明掺杂离子已随机固溶到TMO基体材料中。通过对XRD图谱的Rietveld分析,可以看出掺杂离子加剧了Mn-O6八面体的畸变,并增强了Mn-O-Mn超交换作用。对化合物直流磁化率的研究表明,Nd3+离子掺杂引起化合物磁性的改变。样品的磁化强度随掺杂浓度x的增加明显升高,而不可逆温度TIR与奈耳温度TN则先增大后有所减小,对应于样品结构的变化。样品的磁性与Nd3+和Mn3+的交换耦合作用有关。1/X-T曲线表明其磁性随掺杂浓度的变化有反铁磁-顺磁转变。
合成了Tb1-xSrxMnO3化合物并对其结构和磁性进行了研究。结果表明样品在掺浓度范围内为正交结构,空间群P b n m(62)。随着掺杂浓度的增加,晶胞参数a逐渐减小而b,c增加,a,6值逐渐接近,说明对称性增高。在x=0.3时,晶胞的对称性最高,掺杂浓度x>0.3导致六方相出现,Mn-O6八面体畸变增加。在低温下(5K~室温)的样品磁化率曲线表明Tb1-xSrxMnO3化合物的磁化强度与结构有很大关系。场冷/零场冷曲线表明Sr2+掺杂的TbMnO3样品具有自旋玻璃结构,不可逆温度TIR与奈耳温度TN随着晶胞对称性的提高而增加。
对Eu掺杂TbMnO3化合物的X射线衍射图谱分析,证实掺入的杂质不改变样品的正交晶系结构,空间群为P b n m(62)。晶胞参数随掺杂量的增加没有单调的改变,而是在x=0.5处出现最大值。这或许是由于少量掺杂后,R-O键联系减弱;掺杂浓度继续增加,由于Eu3+半径较小,此时晶胞开始收缩。对样品在低温下(100K~室温)介电性质的研究显示,其介电常数与介电损耗随x的转变取决于晶胞参数的变化。对于掺杂浓度较小的样品,在低温下引起的弛豫损耗大于样品的电导损耗,在高温下还能观察到由于晶界和界面的增加引起的电导损耗的快速增加,其介电常数随温度降低成台阶状下降;而掺杂浓度的增大引起电导损耗的加剧,此时观察不到弛豫损耗的出现。另外,介电常数的变化显示出化合物在低温下活化能的变化规律与晶胞参数一致,这证明了Eu3+掺杂改变了此温度范围内的TbMnO3导电机制。低温下的直流电导率曲线也表明较低掺杂的情况下有新的导电机制在起作用。