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本文成功合成了LaCo13-xBex(x=0.0-4.0)、PrFe13-xBex(x=2.0-5.0)和LaCo13-xBx(x=0.0-1.0)三种具有立方结构的1:13型稀土过渡族金属间化合物,并对它们的磁性进行了研究,同时对具有Mn5Si3型结构的Mn基金属间化合物的磁性以及磁热效应进行了较为系统的研究。
在LaCo13-xBex(x=0.0-4.0)化合物中,随着Be含量的增加,体系的晶胞参数、饱和磁矩和居里温度单调下降。研究表明,Be原子对Co原子的替代,在x=2.5之前,Co-Co原子间的交换作用几乎保持不变,当x>2.5后,Co-Co原子间的交换作用迅速上升,因此可以说明居里温度下降的主要原因是体系磁矩的下降。另外发现刚性带模型不适合于解释LaCo13-xBex化合物的磁矩,而利用磁价模型却能得到比较好的解释。同时可以判断具有立方结构的LaCo13-xBex化合物是强铁磁性的,且其平均原子磁矩与平均磁价的关系非常好地满足公式<μ>=<Zm>+0.8。
在PrFe13-xBex(x=2.0-5.0)化合物中,随着Be含量的增加,其晶胞参数减小。在高达12T的强磁场下,其磁化曲线均不能达到饱和。随着Be含量的增加,样品的磁化强度反而升高。在冻结温度(~9K)以下,PrFe13-xBex化合物处于类自旋玻璃状态,但存在一定的长程有序。在冻结温度以上,随着温度的提高,处于一种锥形亚铁磁状态,但当温度达到某一临界值后,又成为磁性较强的另一种锥形亚铁磁态或准铁磁态。当达到居里温度后,PrFe13-xBex化合物变为顺磁态,且居里温度随Be含量的增加几乎线性下降。同时本文给出了该系列化合物的磁相图。
对于LaCo13-xBx(x=0.0-1.0)化合物,B原子对Co原子的替代使得饱和磁化强度降低,同时平均原子磁矩利用磁价模型可以得到很好的解释,且与平均磁价的关系仍然遵循规律<μ>=<Zm>+0.8。
对Mn5Ge3-xMx(M=Ga,Al,Sn)化合物的磁性进行了研究,并结合前人对M=Pb,Sb,Si的研究结果对该系列化合物进行了综合分析。结果表明,当M比Ge的原子半径大时,由于M对Ge的替代,使得晶胞参数增大。并且在替代量很小时,平均Mn原子磁矩便快速下降,然后又比较快的上升,之后又缓慢下降。而对于M=Sb,Si时,它们的原子半径与Ge相当,这种现象消失。因此说明这种现象主要是由于Mn-Mn键长的变化所导致。该系列化合物的居里温度随替代量的变化呈现比较复杂的变化趋势,但Mn-Mn原子间的交换作用常数的变化存在规律性。当替代原子比Ge原子的原子半径大时,从总体上说都使得Mn-Mn原子间交换作用增强,但Mn-Mn原子间的交换作用与替代量的关系存在一个极大值,即当替代量较小时,Mn-Mn原子间交换作用迅速增高,然后再下降,极大值所对应的x值随着替代原子的半径减小而增加。
本文对Mn5Ge3-xMx(M=Ga,Al,Sn)化合物的磁热效应进行了研究。结果表明,对于Mn5Ge3-xGax化合物,当x=0,0.3,0.6和0.9时,在0-5T磁场变化下最大磁熵变值分别为6.1,6.6,6.2J/(kgK)。Ga对Ge的替代降低了磁熵变值,但使得磁熵变与温度的曲线变得平坦,尤其在5T磁场变化下其半高宽有明显增加。对于Sn和Al对Ge的替代,同样使得磁熵变值下降,半高宽增加。另外在该系列化合物的Arrott图中在高于居里温度时发现了不连续点,即当磁场达到一定值(临界磁场)时,样品的顺磁磁化率突然减小。临界磁场随温度的升高而几乎线性增加。这可解释为外磁场增加到一定程度时,3d电子的费米面发生了变化,从而导致有效电子数减小。
成功合成了具有Mn5Si3型结构的Mn5-xFexGe3(x=0.0-2.0)化合物。随着Fe含量的增加,晶胞参数减小,饱和磁矩单调下降,并且T-T交换作用明显增强,从而导致居里温度几乎线性增长。对Mn4.5Fe0.5Ge3及Mn3.5Fe1.5Ge3化合物的磁热效应研究表明,Fe对Mn的替代导致了磁熵变值减小,其磁熵变最大值在磁场变化为0-5T时可达6.5和5.7J/kgK,但半高宽值有明显增加。
在MnSi3-xGex(x=0.0-1.5)化合物中,随着Ge含量的增加,样品一直保持六角Mn5Si3结构,且逐渐由反铁磁性向铁磁性过度,样品的平均Mn原子磁矩上升。而居里温度随x的增加开始迅速上升,然后几乎保持不变,这可解释为不同键长的Mn-Mn原子间的交换作用随原子间距的变化而存在不同变化。Mn5Si1.5Ge1.5样品在0-5T磁场变化下最大磁熵变值为4.4J/(kgK),但在250K-300K之间,该样品的磁熵变值近乎恒定。