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本文概述了多铁性材料的研究情况和多铁性材料的分类。对RMn2O5体系、庞磁电阻和Pr1-xNaxMnO3体系、AMnO3体系的科研做了简单介绍。叙述介电相关概念和陶瓷材料制备方法,重点介绍机械球磨法和溶胶凝胶法。对本文用溶胶凝胶法制备的所有样品的制备条件做了总结。对多晶x射线衍射测量、振动样品磁强计、电阻测量和变温介电测量系统做了一定的说明。
对REMn2O5体系的稀土替代研究进行了简单介绍。给出了稀土替代REMn2O5样品的X射线衍射测量结果和磁性测量结果。本文制备的REMn2O5系列(RE表示稀土元素)多晶材料具有大致相同的晶体结构,属Pbam空间群。多晶REMn2O5化合物的反铁磁转变发生于40K,磁化强度测量结果表明REMn2O5系列多晶体在40K以下具有磁性。
轻稀土元素替代REMn2O5(RE=Nd、Eu)多晶样品在掺铁情况下导致TN偏离40K达5K左右;掺铁导致样品磁矩在RE=Nd的情况是减小,在RE=Eu的情况是增大。五种样品在低温都发生很弱的介电常数异常现象。
六种重稀土元素替代REMn2O5(RE=Gd-Er,Yb)多晶样品在低温呈现反铁磁性,其中四种样品(RE≠Tb,Yb)在磁性相变温度附近发生介电异常,10KHz和32K条件下的△ε在2.5~5之间,这可能与这些多晶样品中的自旋-晶格耦合作用有关。多晶样品中的Mn3+/Mn4+的低温长程磁有序通过Mn3+的杨-泰勒效应导致在40K处可能发生了铁电相变,从而引起介电异常。HoMn2O5在32K的介电反常是六种重稀土锰氧化物中最明显的,在10kHz下有△ε=5。在磁性转变温度点,多晶样品中出现介电常数反常,说明样品中存在自旋晶格耦合。
对REMn205体系稀土替代对介电性质影响的研究进行了简单背景介绍,接着给出了REMn2O5体系稀土替代样品的变温和变频介电测量结果,分为轻稀土和重稀土替代样品两个部分。分别根据测量结果重点对样品的低温介电反常和介电性质与电场频率的关系进行了讨论。
对Y(Mn1-xRux)2O5系列样品进行的XRD测量结果显示五个x≤0.4的样品的空间群主要都是Pbam(55)。YMnRuO5是一种不同于YMn2O5的相,它有较大的磁化强度和低温下很尖锐的自旋玻璃态峰。YMn2O5在整个测量温区(2-300K)主要呈现反铁磁性,在40K以下有弱铁磁性。磁性测量结果表明掺钌增加YMn2O5的低温铁磁性。对导电性较好的x≥0.6的三个样品的磁阻测量结果表明:磁场的大小影响x=0.6样品的低温磁阻的正负。
YMn2-xFexO5系列样品的x射线衍射测量结果表明:YMn2O5样品的空间群是Pbam;XFe=0.4的样品有两个相YMn2O5相和YMnO3相,以YMnO3相为主:XFe=0.6的时候含YFeO3和YMnO3两个相;XFe=0.8的样品的主相是Y3Fe5O12。XFe=1的样品形成YFeO3结构。加铁导致YMn2O5样品的40K处的铁磁性转变点消失,样品的磁矩随铁含量增加而越来越大。
BiMn2-xFexO5系列中的六个样品的空间群都是Pbam(55)。样品有相似的反铁磁性,加铁后样品的反铁磁转变温度从40K降低为20K左右。
对RMn2O5体系锰位掺杂的介电性质研究进行简单介绍。给出YMn2-xRuxO5、YMn2-xFexO5、BiMn2-xFexO5三个系列样品的变温和变频介电测量结果。
加Fe对YMn2O5样品在不同电场频率下的室温介电常数的大小有明显影响。YMn1.2Fe0.8O5的低温介电反常行为在10kHz和39K条件下达到△ε=40。BiMn2O5样品在141K的损耗峰和65K处的ε弱峰在10kHz到1E6Hz的范围内不随电场频率改变而移动或者弱化,但加入Fe会使它们发生改变。加铁对BiMn2O5的导电性没有显著影响;但是加铁显著影响样品在13kHz以下的室温介电常数。
对Pr1-xAxMnO3体系中磁性离子掺杂的研究进行了简单介绍,给出Pr1-xNaxMn1-xRuxO3系列和Pr1-xNaxMn1-xCrxO3。系列样品的XRD、磁化强度和电阻率测量结果和分析。画出了Pr1-xNaxMn1-xRuxO3系列的温度-掺钌量的相图,对其中三个样品的电阻率给出了根据极子模型进行的线性拟合。