论文部分内容阅读
钙钛矿类化合物(例如双钙钛矿氧化物La2CoMnO6、有机钙钛矿CH3NH3PbI3等)具有丰富的物理特性。La2CoMn06具有较高的居里温度、较大的磁电阻效应和介电常数·等,在磁学与自旋电子学及器件领域有广泛研究与应用;CH3NH3PbI3具有优良的光伏性能,是新型太阳能电池研究的热点材料。离子掺杂是有效调控材料物理特性的重要手段之一,因此本论文用不同离子对La2CoMnO6中La位和Co位以及CH3NH3PbI3中Pb位进行掺杂,探讨了离子掺杂对磁性与电性的影响机制。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、PPMS等设备对样品的晶体结构、表面形貌以及磁性和电输运特性等进行了系统的研究。具体研究成果如下:1. La2CoMnO6镧位掺杂Ca的磁性和电输运性质的研究。用固相反应方法制备了多晶La2.xCaxCoMn06 (0≤x≤0.5)样品,系统研究了 Ca2+离子掺杂对La2CoMnO6晶体结构、表面形貌、磁性、电性和磁电阻效应的影响。X射线衍射分析表明La位掺杂Ca2+离子保持了晶体单斜双钙钛矿结构(空间群PS1/n)。磁性测量结果表明,Ca2+离子掺杂引起Co离子和Mn离子化合价的变化,并改变了 Co离子和Mn离子的超交换作用的种类以及不同磁性相的比例,导致样品的居里温度Tc和矫顽力HC降低,并增强了交换偏置效应。电性测量结果表明,所有样品的导电机制均符合VRH模型,样品电阻率随Ca2+离子掺杂量的增加而减小。样品均表现出自旋相关的负磁电阻效应,这种效应可用电阻网络理论来解释。在低温下(T<200K),少量的Ca2+离子掺杂(x≤0.2)可优化多晶样品中铁磁相互作用和反铁磁相互作用的比例,从而在一定程度上增强磁电阻效应。在105K、7T的条件下,样品x = 0.2可增强负磁电阻效应接近10%,达到58%。这为研究La2CoMnO6的小半径离子掺杂效应提供实验依据,也为增强镧系锰基双钙钛矿材料磁电阻效应的研究提供参考。2.La2CoMn06钴位掺杂B (B = Fe、Cu)的磁性和电输运性质的研究。用固相反应方法制备了多晶 La2Co1-xFexMnO6 (0≤x≤1.0)、La2Co1-xCuxMnO6 (0≤x≤0.5)。系统地研究了 Fe3+或Cu2+离子掺杂Co位对La2CoMnO6磁和电特性的影响。X射线衍射分析显示,Fe3+或Cu2+离子掺杂样品具有正交扭曲的双钙钛矿结构(空间群Pbnm)。La2Co1-xBxMnO6的磁性测量结果表明,Fe3+或Cu2+离子掺杂均导致La2CoMn06的居里温度Tc降低。Fe3+掺杂会降低La2CoMnO6的矫顽力Hc,当Co/Fe离子数比例达到1时,可获得最大的交换偏置效应。少量Cu2+离子掺杂可有效调控La2CoMnO6的磁性,适量的Cu2+离子掺杂(x = 0.3)可有效提高其矫顽力Hc。电性测量结果表明,Fe3+或Cu2+离子掺杂可使样品的导电机制由三维VRH模型逐渐转变为TA模型。La2Co1-xBxMnO6(B = Fe、Cu)均表现出自旋相关的负磁电阻效应,Fe3+离子掺杂x≤0.1时,能增强低温下(T<150K)样品的磁电阻效应;Cu2+离子掺杂量较低时(x≤0.1),磁电阻效应在低场下(H < 5 T)得到增强。该结果可为进一步研究双钙钛矿材料B位掺杂效应和通过B位离子掺杂调控该类材料的磁、电特性提供实验依据。3.CH3NH3PbI3铅位掺杂B(B = Mn/ (Mn和Co))的磁性研究。用蒸发溶剂法制备了 CH3NH3PbI3多晶样品及掺杂样品CH3NH3Pb1-xBxI3-2xCl2x。X射线衍射分析表明样品均具有正交结构。样品的磁性测量结果表明,磁性掺杂样品在5K下均具有极弱的铁磁性,Mn2+或Co2+离子之间的直接相互作用是该磁性产生的原因。在高掺杂量时,CH3NH3Pb0.34Mn0.33Co0.3311.68C11.32样品中存在部分反铁磁性并显示出交换偏置效应。在掺杂离子总量x 一定时,单一Mn2+离子掺杂样品的磁性强于Mn2+和Co2+离子共掺的磁性。该结果可为有机钙钛矿磁性掺杂方面的研究提供有力的实验支持,也为探索新型磁性有机钙钛矿材料提供实验依据。