相分离钙钛矿氧化物的磁性研究

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自从发现了高温超导、铁电性和庞磁电阻等效应,钙钛矿氧化物在过去的十几年一直是人们研究的热点。而最近以来由于在理解钙钛矿氧化物的这些特性上的重要作用,自发相分离得到了广泛的关注。在本论文中,在相分离钴氧化物La1-xSrxCoO3中,作者首次观察到了交换偏置效应,并且其中的交换偏置和自旋玻璃行为都能在相分离框架下得到很好的解释。另外,作者对三层锰氧化物La3-3xSr1+3xMn3O10的磁特性进行了研究,La的轻微掺杂就导致了铁磁团簇的产生。论文主要结果如下: 对相分离La0.82Sr0.18CoO3样品的研究表明,在该样品中观察到的玻璃磁性行为不能只考虑铁磁团簇之间的相互作用,这和锰氧化物中的情形不一致。团簇之间的相互作用及一个自旋玻璃相共同导致了钴氧化物的玻璃磁性行为。这也进一步理解了钴氧化物中的相分离图像,相分离态是由铁磁团簇、非磁基底和自旋玻璃相组成,而且自旋玻璃相很可能是处在铁磁团簇和非磁基底之间的界面层。这和锰氧化物中铁磁团簇镶嵌在反铁磁基底中,且自旋玻璃行为只是由团簇相互作用引起具有明显不同。 通过直流磁矩测量研究了La0.82Sr0.18CoO3样品的动力学磁特性,包括零场冷却(ZFC)和带场冷却(FC)驰豫。ZFC驰豫结果可以很好地被扩展E指数关系描述,而FC驰豫速率遵循一个幂指数关系,这是一个描述单畴铁磁颗粒系统驰豫的一个关系。另外值得注意的是即使在冻结温度Tf以上,这些驰豫行为也能被发现,而且明显的aging效应也被观察到。冻结温度以上的拟合参数Tr和n数值较大,说明了强的团簇相互作用。因此,铁磁团簇之间的相互作用可能是引起冻结温度以上的磁驰豫和aging的主要原因。 在空穴掺杂钙钛矿钴氧化物La1-xSrxCoO3(x=0.12,0.15,0.18,和0.30)中,交换偏置现象被观察到。当La1-xSrxCoO3样品带着一个磁场从冻结温度以上冷却下来,磁滞回线会存在水平和垂直两个方向的偏移。我们也观察到了交换偏置中的训练效应,交换偏置场HE和磁矩偏移ME会随着磁场的循环而减小。HE及ME和磁场循环次数n的关系除了用经验的幂指数关系能描述外,还能很好地用一个自旋结构驰豫模型来描述。这些结果说明,在一个自发相分离体系中,当样品带场冷却后,铁磁团簇和自旋玻璃区域之间的界面交换耦合可以造成一种交换各向异性。 此外,与传统的交换偏置现象不同的是,在La1-xSrxCoO3中交换偏置强烈依赖于磁场,包括测量磁场和冷却磁场。对于高的Sr掺杂量样品,随着测量场的增加,交换偏置会减弱,甚至在足够高的测量场下,交换偏置效应会完全消失。在低的冷却场下,HE和ME会随着冷却场的增加而增加;在高的冷却场下,交换偏置效应会随着冷却场的增加而有所减弱。外加磁场对样品中共存各相相对比例的影响可能是造成这些行为的原因。 通过直流磁化强度、交流磁化强度和比热测量,研究了层状锰氧化物La3-3xSr1+3xMn3O10(x=1.00,0.99和0.95)的磁特性。对于x=1.00样品,在奈尔温度TN=67K以下存在长程的三维反铁磁序,在奈尔温度点,比热的反常峰被观察到。另外在磁热曲线中,大约在160K出现一个宽的极大值峰,这个峰归因于短程的反铁磁序。Mn离子之间的各向异性磁相互作用是产生和温度有关自旋序的原因。对于x=0.99和0.95样品,对比x=1.00样品,很小的电子浓度就导致了大的磁特性变化。La的掺杂导致了在反铁磁基底中嵌入了铁磁团簇,并且基底中的反铁磁耦合也有些减弱。通过分析比热数据,估算了所有样品反铁磁序相关的熵值。此外,由于样品电阻太大,只有x=0.95样品的电阻是可以测量到低温,该样品电阻在整个实验测量温度范围都遵循变程跃迁模型。
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