NiCuZn铁氧体自旋玻璃、磁热效应和临界行为的研究

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当今世界逐渐把能源效率及其可持续性作为研究的主题,对高效率、无污染、高能量和小型化等特征的材料和器件的需求也在逐渐增加。NiCuZn铁氧体由于其低成本、低损耗和居里温度范围广等优异特性吸引了大量的关注。本文采用固相反应法制备了尖晶石型铁氧体Nix Cu0.2Zn0.8-xFe2O4(0≤x≤0.28),研究了其结构、形貌、低温下的自旋玻璃行为、相变附近的磁热效应及临界行为,并且探索了Ni2+取代Zn2+对其磁性质的影响。本论文主要研究内容如下:1、我们用固相反应法制备了Nix Cu0.2Zn0.8-xFe2O4(0≤x≤0.28)铁氧体样品,经XRD分析发现:随着Ni2+取代量的增加,其晶胞参数减小,晶格收缩。然而,SEM的图像表明了其晶粒尺寸随着Ni2+的增加而增大。另外,EDX图谱表明样品中Ni2+成功取代Zn2+.2、系统研究了NixCu0.2Zn0.8-xFe2O4(0≤x≤0.28)中Ni2+对Zn2+的取代对其磁性质的影响。对于x=0的样品,低温下存在着较强的反铁磁相互作用。随着Ni2+对Zn2+的取代,铁磁相互作用逐渐增加并等同于、大于反铁磁相互作用。随着Ni2+的继续增加,铁磁超交换作用JAB逐渐占据主导,其饱和磁化强度MS和居里温度TC的值也增大了。对于0.12?x?0.28的样品,NixCu0.2Zn0.8-xFe2O4均表现出了典型的再入自旋玻璃行为。通过测量和分析x=0.12的样品的交流磁化率及其驰豫,证实了其低温下处于自旋玻璃态。低温下存在的自旋玻璃态是铁磁相互作用和反铁磁相互作用竞争的结果。3、研究了Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe2O4的磁热效应。我们通过SQUID测试了样品的等温磁化曲线并做出了Arrott图,发现其铁磁-顺磁相变为二级相变。根据居里-外斯定律拟合,其居里温度TC为337 K.当磁场H=25 kOe时,Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe2O4的最大的磁熵变|(35)SM|max为0.77 J/kg K,相对制冷能力RCP为31.9 J/kg.这表明其可以作为潜在的磁制冷材料。另外,根据计算的最大磁熵变,发现其最大磁熵变|(35)SM|max与磁场H0.694线性相关。4、分析了Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe2O4在铁磁-顺磁相变附近的磁状态,即临界行为。Arrott图再次确定了其铁磁-顺磁转变为二级相变。我们研究发现,MAP法得到的临界参数α、β和γ与KF法得到的的基本一致,并且临界参数符合标度理论和遵循磁状态方程。在Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe2O4的TC附近,临界参数和有效临界参数均表明平均场模型的长程铁磁耦合相互作用占主要作用。另外,短程相互作用也是有所贡献的。交换积分常数J(r)r-4.6也证明了在相变附近的主要作用是长程铁磁相互作用。
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