金属-有机框架材料[(CH3)2NH2]M(HCOO)3(M=Fe,Co)和[(CH3)2NH2]FeⅢFeⅡ(HCOO)6的磁性转变研究

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金属-有机框架材料是通过氢键等连接方式,将金属离子或团簇和有机基团周期性地组装在一起的杂化材料。该类材料的空间晶体结构变化多样物理与化学性质也非常新颖,它被科研团队大量的研究。对该类材料的磁性和电性能等基础物理理论内涵的理解和相关电磁器件的研究具有重要意义。为了研究一些钙钛矿型金属-有机框架材料在外加磁场环境下的磁性转变现象,本文介绍了相关工作。我们通过溶剂热方法,合成了钙钛矿型金属-有机框架材料[(CH3)2NH2]M(HCOO)3(M=Fe11,Co11)和红砷镍矿型金属-有机杂化材料[(CH3)2NH2]FeⅢFeⅡ(HCOO)6。利用X射线衍射物相分析法对它们的物相与晶体结构做了表征。利用扫描电子显微镜观察了材料的尺寸及外观形貌。利用X射线能谱分析了晶体的元素构成及占比。利用综合物性测量系统研究了材料的磁学性能。从[(CH3)2NH2]Fe(HCOO)3 和[(CH3)2NH2]Co(HCOO)3 的零场冷/场冷磁化强度-温度曲线可以看出,[(CH3)2NH2]Fe(HCOO)3 和[(CH3)2NH2]Co(HCOO)3 的弱铁磁性居里温度分别为19 K和14.9 K,在居里温度以下呈现自旋倾斜的弱铁磁性。不同温度下0-140 kOe的磁化曲线结果表明,[(CH3)2NH2]Fe(HCOO)3和[(CH3)2NH2]Co(HCOO)3中都存在自旋翻转(Spin-flop)现象,磁化曲线的一阶导数曲线显示它们相应的自旋翻转磁场(HSF)分别为104 kOe和90 kOe。对红砷镍矿型[(CH3)2NH2]FeⅢFeⅡ(HCOO)6的磁性测量结果进行分析,我们确定该材料为N-型亚铁磁性材料,磁有序温度约为37 K。该金属-有机框架材料的磁化曲线在高磁场范围出现多台阶转变现象,不同的测量温度(15 K、20 K、25 下的测量表明,温度越低所需的诱导磁场越大。当温度接近居里温度时,多台阶转变消失,而当温度低于大约10 K时,诱导磁场超过140 kOe。在[(CH3)2NH2]FeⅡ(HCOO)3和[CH3)2NH2]FeⅢFeⅡ(HCOO)6的ZFC/FC曲线研究中,我们还发现这两个材料在160 K附近存在微弱的反常磁性转变现象,这可能是少量的第二相物质引起的。该第二相可能是一种具有空间结构为P31C(no.159)的新型金属-有机框架材料。
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