层状钙钛矿结构Sr3Fe2O7-δ的制备及物性研究

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Fe4+与Mn3+具有相同的电子构型3d4,而且Fe4+基氧化物和Mn3+基氧化物都属于强关联电子体系,但是它们却表现出迥然不同的物理性质,尤其是Fe4+基氧化物中所出现的电荷歧化效应。我们选取Ruddlesden-Popper结构Fe4+基氧化物Sr3Fe2O7-δ为研究对象,通过材料制备和强磁场下物性研究,建立磁场—微结构—电磁性质变化的关联,阐明强磁场对体系的自旋、电荷、轨道等多重量子序及量子相变的影响规律和作用机制,探索和发现强磁场下Sr3Fe2O7-δ及其掺杂体系中可能存在的新物理现象和效应。另外本文采用电子顺磁共振(ESR)为研究手段,揭示了该体系的微观磁输运现象。  首先为了得到相对比较高的氧含量,购置了一套高压釜设备,为样品制备提供了多样性的氧含量调控;单晶的制备主要以光学浮区法为主,为此对此方法做了简要介绍;另外还介绍了电子顺磁共振(ESR)的工作原理。  然后我们系统的研究了具有氧缺位的Sr3Fe2O6.6单晶样品,通过XPS测试间接得到了样品的氧含量,实验结果表明单晶的Sr3Fe2O6.6晶格结构依然为四方结构,但是奈尔温度TN由120 K降到62 K;在磁性方面表现出零场冷(ZFC)和场冷(FC)的分叉行为,这可能是由于反铁磁与铁磁相互竞争引起的,样品的M-H曲线存在小的磁滞环就很好的证明了这一点,而磁化率倒数1/x与温度的关系存在偏离线性的行为,通过ESR测试表明这是由于局域磁矩的产生造成的;低温下电阻率行为很好的符合三维Mott可变程跳跃模型;比热方面在所测量的全温区范围内很好的符合Thirring模型。  再就是我们研究了层状Sr3Fe2O7-δ化合物Nb掺杂系列多晶样品的掺杂效应。实验结果显示磁化率倒数1/x与温度的关系存在偏离线性,这可能是由于局域的磁矩产生造成的。反铁磁转变温度TN随着掺杂量增加单调的减小,电阻测量得到随着掺杂量的增加电阻率单调的增大,在低温下很好的符合三维可变程跳跃模型。通过氧压处理的样品TN值明显升高,电阻率减小。  最后本文中,我们对于Sr3Fe2O7-δ体系的研究做了一些展望,该体系中最新奇的物性就是电荷歧化现象,可以通过4d,5d元素的掺杂,结合穆斯堡尔谱可能会揭示出电荷歧化的本质。并且ESR对于Sr3Fe2O7-δ体系以及其掺杂体系的研究是一个很好的补充,如果加强该手段的应用,可能会发现和揭示出更多的新奇物性。
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