晶粒尺寸对LaxCa1-xMnO3磁性质影响

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钙钛矿结构材料众多,并作为功能性材料被广泛的研究以及应用于生产、生活中。La掺杂的CaMnO3体系材料由于在器件上的应用价值,在凝聚态物理领域的研究热度经久不衰。但是,从应用角度出发,对材料的尺寸提出了新的挑战。当体系进入小尺寸后,由于纳米尺寸效应的影响以及材料本身具有的强关联特性,导致材料的性质发生巨大的改变。研究尺寸对材料的影响对解决器件小型化问题是必要的。  本文主要研究尺寸对LaxCa1-xMnO3体系磁性质的影响,掺杂比例选取为(x=0.1和x=0.18)。首先,利用固相反应法制备了不同浓度La掺杂CaMnO3块体,利用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂浓度的纳米颗粒,利用脉冲激光沉积法制备了不同掺杂浓度的纳米薄膜。其次,对制备的每种样品进行了物相表征并证明了我们确实合成了较好的样品,纳米颗粒的尺寸为纳米量级,薄膜的厚度约为12nm。最后,研究了块体,纳米颗粒和薄膜的磁性质。  在La掺杂浓度为0.1比例的块体与纳米颗粒中,块体的磁化强度小于纳米颗粒。在反铁磁的CaMnO3的母体中,La的掺杂引入了铁磁团簇,使之表现一定的铁磁性。当尺寸减小时,反铁磁的长程有序性被打破,在纳米颗粒表面存在更多的没有被抵消的净自旋,铁磁性增强。  La掺杂比例为0.18的块体样品在本质上与纳米颗粒之间产生了差异,块体样品中出现了电荷有序现象,而纳米颗粒中却没有出现。电荷有序在纳米颗粒中消失的主要原因是尺寸的减小导致纳米颗粒晶格发生畸变,及电荷有序发展需要的长周期性条件没有得到满足。电荷有序的出现会破坏铁磁性的发展,表现为在La掺杂浓度较高时,强磁场下磁化强度仍然较低。  薄膜材料的磁转变温度与块体及纳米颗粒相比有向低温区移动的趋势,原因是当材料为薄膜时,会受到来自衬底的应力,抑制巡游电子的跃迁,同时电子-声子相互作用对增强,导致磁转变温度减小。La掺杂浓度为0.18薄膜样品在强磁场下磁化强度高于La掺杂浓度为0.1样品,可能原因是在La掺杂浓度为0.18的样品没有出现电荷有序现象,铁磁性没有受到抑制。
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