【摘 要】
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反钙钛矿化合物具有和钙钛矿氧化物相类似的晶体结构,近年来对其研究较为广泛,发现此类化合物具有很多有趣的物理性质,如磁卡效应、磁容积效应、磁阻效应、磁致伸缩效应、负热膨
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反钙钛矿化合物具有和钙钛矿氧化物相类似的晶体结构,近年来对其研究较为广泛,发现此类化合物具有很多有趣的物理性质,如磁卡效应、磁容积效应、磁阻效应、磁致伸缩效应、负热膨胀性质和近零电阻温度系数等。本文通过不同元素对反钙钛矿化合物Mn3SbN进行掺杂,研究掺杂后样品性质的变化,并分析它们的内在机理。 研究发现当Ge取代Mn3SbN中的部分Sb时会导致样品的磁相变温度发生改变,随着掺杂量的增加,Mn3Sb1-xGexN的居里温度逐渐向低温方向移动,与此同时,样品的晶格常数也在发生变化,基本上随掺杂量的增加线性地减小。电输运性质的测试结果表明,Ge的掺杂导致样品的电阻率减小,剩余电阻率增加,这是由于Ge引入了更多自由电子的缘故。虽然Mn3SbN掺入Ge后没有出现负热膨胀性质,但是却抑制了热膨胀行为,Ge含量越高其线热膨胀系数越小,表明改变掺杂比例可以调控材料的热膨胀行为。 通过一系列的掺杂实验可以得到Mn3Sb1-xAlxN的掺杂极限约为14%。使用场冷(FC)和零场冷(ZFC)两种不同的模式测得的M-T曲线均表明该材料在低温为铁磁相,随着Al含量的增加,居里温度向高温方向移动,从Mn3SbN的357 K升高至Mn3Sb0.86Al0.14N的366K,变化了9K。Mn3Sb0.86Al0.14N的磁滞回线与其他几个掺杂量的有所不同,在低磁场附近出现了一个“台阶”,这个“台阶”暗示着其中包含了两种不同的铁磁结构。在磁转变温度以上,Mn3Sb1-xAlxN的电阻率基本不随温度的升高而发生变化,具有低电阻温度系数,且随着掺杂量的增加,样品的电阻温度系数逐渐减小。 非金属元素具有和金属元素不同的性质,当B取代部分Sb后使得材料的电阻率变大,这与之前金属元素掺杂电阻率变小相反,主要是因为Sb有更多的自由电子,非金属的取代导致材料内部的载流子数量减少,宏观上表现为材料的电阻率增大。掺杂量增加,Mn3Sb1-xBxN的居里温度随之增加,使用Arrott曲线对样品的铁磁结构进行描述,低温时无外加磁场所有样品的磁化强度均不为零,表明此时的样品内部存在着自发磁化,Arrott曲线与y轴的截距为正值,且是向上凸起的,符合铁磁的特征,这也从另一个方面验证了Mn3Sb1-xBxN在10K下的磁性。
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