钙钛矿锰氧化物La0.7Ca0.3Mn1-xCoxO3的结构与磁学特性

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钙钛矿锰氧化物是显示庞磁电阻效应(CMR)的强关联电子材料,人们已经对其做了大量而广泛的实验及理论研究。然而,这些理论上的研究,如平均场理论(MF)、双交换相互作用(DE)、Jahn一Teller效应(J―T)等,尽管可以解释一些现象,有其成功的一面,但有些问题还是难以解决。本文中是以一级相变的La0.7Ca0.3MnO3(LCMO)做母材料,在B位掺杂相互作用较强的磁性离子Co,观察LCMO的结构及其相变临界磁特性随掺入Co而变化的情况。  我们是以高纯度的La2O3(4N),CaO(4N),MnO2(4N),CoO(4N)为原材料,用固相反应法制备了La0.7Ca0.3Mn1xCoxO3(x=0,0.1,0.2,0.3)系列样品。  利用X射线衍射仪(XRD)测试了粉末样品,得出样品的空间群结构为Pnma,并计算出了样品的晶格常数及单胞体积,我们发现随着样品中Co的掺杂量x的增大,晶格常数减小,晶胞的体积也同步缩小,分析其可能的原因是由于Co的半径比Mn的半径小,Co替代了Mn的位置,使得晶格发生扭曲畸变,拉近了离子之间的距离,因此,晶格常数和晶胞体积随x增大而减小。  利用振动样品磁强计(VSM)测量了样品的磁学特性。由不同温度时的磁化强度随外加磁场强度的变化曲线得出系列样品(x=0,0.1,0.2,0.3)的负的最大磁熵变-△S max依次为:-△S=4.694 J·kg-1·K-1,1.403 J·kg-1·K-1,1.788 J·kg-1·K-1,0.91 J·kg-1·K-1;在50 Oe的外磁场强度下测量了系列样品的磁化强度随温度的变化曲线.测量结果表明:x=0.2的样品的分子有效磁矩2.498μB与理论计算值2.888μB基本相符;系列样品的铁磁-顺磁(FM-PM)转变温度,即居里温度(TC)及临界指数(β、γ、δ)依次为: T C=210±4 K,155±4 K,144±1 K,108±2 K;β=0.211±0.03,0.34±0.02,0.29±0.03;γ=1.133±0.07,1.15±0.16,1.34±0.18;δ=5.917,3.448,5.405.-△S max和TC随着Co的掺杂量x增大而减小; x=0.2和x=0.3的β值与3D Ising模型的0.325相近,x=0.1和x=0.2的γ值与3D Ising模型的1.241相近,而x=0.3的γ值1.34与3D Heisenberg模型的1.336相近,x=0.1和x=0.3的δ值与3D Ising模型的4.82相近,而x=0.2的δ值3.448与平均场理论模型的3.0相近,综合比较来看,我们制备的样品的临界指数更加接近于3D Ising理论模型,即磁性离子间的相互作用是短程相互交换作用。
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