V基和Co基复合氧化物电性和磁性的研究

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3d过渡金属化合物由于具有强关联效应而具有很多奇特的性质,比如高温超导,巨磁阻,金属-绝缘体相变等。VO2是最接近实际应用的金属-绝缘体相变材料。相变前后红外透射率,电阻率和磁性都有明显改变。这种材料可以用于智能窗或温控开关等。除了VO2以外,人们还研究了其他具有金属-绝缘体相变的体系,但是只有含V或者Co元素的体系的相变温度在室温附近。本学位论文针对金属-绝缘体相变特性对含V和Co的几种复合氧化物体系的电性和磁性及与结构的关系进行了研究。本文采用高温固相方法制各样品,利用X射线能谱分析、热重分析、X射线衍射、中子衍射、漫反射光谱、电阻测量和磁性测量等分析手段表征样品的组成、结构和性质。主要研究结果如下:  1.在PrBaCo2O5.50+δ体系中,作者通过不同方式的热处理来调制材料的氧含量δ值,通过碘量法测定δ值。材料的电阻率值随着氧含量δ值的增大而降低,说明该系列化合物具有p型半导特性。当δ值接近于0时,材料会在330K发生典型的金属-绝缘体相变;当氧含量δ值偏离0时,样品只出现绝缘体-绝缘体相变;对于氧含量较高的样品(如δ=0.14的样品),只出现了半导体或者绝缘体导电性特征。随着温度的降低,除了样品PrBaCo2O5.64(δ=0.14)以外,所有样品都展示顺磁-铁磁-反铁磁的转变,而样品PrBaCo2O5.64出现的是顺磁-铁磁的转变。对于δ<0的样品,其铁磁性来源于Co2+和Co3+之间的超交换反铁磁相互作用,由于Co2+和Co3+磁矩不等,材料表现为亚铁磁性;对于δ>0的样品,其铁磁性来源于Co3+和Co4+之间的双交换相互作用。当δ值接近于0的样品发生金属-绝缘体相变时,伴随着结构相变和Co3+离子自旋态转变。在Pr位或Ba位进行Ca掺杂,都使该体系的相变温度降低,达到室温。  2.合成了Gd1-xCaxVO3系列固溶体样品。GdVO3为绝缘体,CaVO3具有金属导电性。通过二者的互掺,当掺钙量x=0.5时,体系表现出组分控制的金属-绝缘体相变,为Anderson相变机理。在该体系中,当x<0.2时,材料具有反铁磁性;当x≥0.2时材料转变为Curie-Weiss顺磁性;而当x接近于1时,材料表现出Pauli顺磁性。  3.发现了MgFeVO4尖晶石新物相,该物相为立方晶系。在该样品中,Fe和V均为+3价,V3+位于八面体格位,Fe3+和Mg2+随机占据八面体格位和四面体格位,化学式可表示为(Mg1-xFex)[MgxFe1-xV]O4(x=0.638)。从电输运性质来看,MgFeVO4具有n型半导性,导电性在低温区域遵循变程跳跃机理,高温部分遵循热活化机理。直流磁化率,交流磁化率,磁弛豫以及交换偏滞的测量结果说明在MgFeVO4中存在自发相分离,其分离为反铁磁簇,亚铁磁簇和自旋玻璃相。  
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