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雙層鈣鈦礦錳氧化物磁性及輸運性質(zhì)的研究——結(jié)構(gòu)式：(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)

王志國，向俊尤，胡玉彪，徐寶，吳鴻業(yè)，魯毅，趙建軍

(包頭師范學(xué)院 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

摘要：采用傳統(tǒng)的高溫固相燒結(jié)法制備了多晶樣品(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)，利用XRD檢測了兩樣品的結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明：兩樣品均為Sr3Ti2O7型四方結(jié)構(gòu)，空間群為I4/mmm，通過物性測量系統(tǒng)(PPMS)和超導(dǎo)量子磁強計(SQUID)測量了樣品的磁性(M-T)以及電性(ρ-T)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：兩樣品在低溫區(qū)存在長程的鐵磁態(tài)；當(dāng)Gd摻入后，由于引起了結(jié)構(gòu)的畸變，削弱了雙交換作用，致使樣品(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0.05)的三維(3D)磁有序轉(zhuǎn)變溫度磁化強度均降低。此外，樣品在發(fā)生金屬—絕緣體轉(zhuǎn)變的同時伴隨有鐵磁—順磁的轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：層狀鈣鈦礦錳氧化物；龐磁電阻效應(yīng) ；雙交換作用

1實驗方法

本實驗中所制(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)多晶樣品是通過固相反應(yīng)法合成，具體合成辦法如下：嚴(yán)格按比例將所用純度都大于99.9%的氧化物原料La2O3、Gd2O3、MnCO3和SrCO3稱量，隨后將各組分氧化物充分混合研磨后并在1000℃下預(yù)燒12h。然后再將預(yù)燒后的粉末研磨，研磨后再在相同條件下進行第二次預(yù)燒，最后，將兩次預(yù)燒后的粉末研磨、壓片成型。把得到的片狀樣品在1350℃煅燒24h并隨爐冷卻。用X射線衍射儀檢測片狀樣品是否成相。樣品的磁化強度與溫度的關(guān)系(M-T)以及電阻率與溫度的關(guān)系(ρ-T)是通過PPMS測量，測量范圍為15K-300K。

2結(jié)果與討論

圖1是(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)樣品的X射線衍射圖。樣品為單相的Sr3Ti2O7型四方結(jié)構(gòu)，空間群為I4/mmm。

圖1：(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)的XRD衍射譜

圖2:場冷卻下樣品(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)在0.1T下的M-T關(guān)系

摻Gd的樣品表現(xiàn)出比不摻Gd的樣品低的TP和低的電阻率。這是由于錳氧化物多晶的顆粒邊界存在大量非配位原子，以及在顆粒邊界受到延伸缺陷應(yīng)力場的作用而形成的絕緣層[9,10]。摻Gd的樣品的顆粒尺寸比不摻Gd的樣品大，顆粒尺寸越大，顆粒邊界就越少，載流子在顆粒邊界處受到的散射就越小，因而表現(xiàn)出低的電阻率；由于Gd3+對La3+的替代減小了A位的平均半徑，使得晶胞中Mn-O-Mn鍵角減小，單電子eg能帶寬度變小，減弱了雙交換作用，致使摻Gd的樣品的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變溫度TP降低。從圖2和圖3中可看出兩樣品的順磁—鐵磁轉(zhuǎn)變溫度剛好都對應(yīng)于其金屬—絕緣體轉(zhuǎn)變溫度，表明兩樣品均存在鐵磁性和金屬性共存的性質(zhì)。

圖3:0T下樣品(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)的ρ-T曲線

圖4:5T下樣品(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)的ρ-T曲線

3結(jié)論

通過對雙層錳氧化物(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)的磁性及輸運性質(zhì)的研究，可以得知：Gd3+的摻雜抑制了雙交換作用，從而減小了樣品(La0.95Gd0.05)4/3Sr5/3Mn2O7的磁化強度，同時也降低了樣品的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變溫度；樣品(La0.95Gd0.05)4/3Sr5/3Mn2O7的晶粒邊界較少，在晶粒邊界處載流子受到的散射較小，表現(xiàn)出低的電阻率，此外，兩樣品在低溫區(qū)存在鐵磁金屬共存的現(xiàn)象。

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Magnetic and Transport Properties of Perovskite Manganites (La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)Polycrystalline Samples

WANG Zhi-guo, XIANG Jun-you, HU Yu-biao, XV Bao，WU Hong-ye，LU Yi, ZHAO Jian-jun

(Faculty of Physics and Technology,Baotou Teachers College；Baotou 014030)

Abstract:(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)polycrystalline samples were prepared by solid state method.The sample’s magnetic and transport properties were studied by using XRD, PPMS and SQUID.The results showed that the sample are Sr3Ti2O7type structure, and space group are I4/mmm.The samples exist long-range ferromagnetic state in low temperature area.Structure is distorted after Gd3+doped, which weakened the FM interaction, decrease TCand magnetization.In addition, metal insulation shift and change of the ferromagnetic paramagnetic occurred at the same time.

Key words:Perovskite manganites; colossal magnetoresistance and double exchange

中圖分類號：O482.52;O614.33

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-1869(2015)02-0008-03

作者簡介：王志國(1987-)，內(nèi)蒙古涼城縣人，碩士研究生，研究方向：磁學(xué)與磁性材料。

收稿日期：2014-12-14