稀土铬氧化物中的微观结构对磁、电性能的影响

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稀土铬氧化物以其新奇的物理特性逐渐被人们重视起来,由于该体系在太阳能电池、庞磁电阻、多铁性内存以及光敏传感器等领域有着广泛的应用前景,因此对该体系进行微观结构对其性能影响的探索,期待找到它们之间可能存在的内禀联系就非常有意义了。本文以稀土铬氧化物RCrO3(R=La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb、)为研究对象,从磁、介电以及磁介电这三方面的基础物理特性入手,并结合多晶样品的微观形貌以及晶体结构对该体系样品进行系统的研究。本论文中的稀土RCrO3多晶样品均采用传统固相法制备得到。使用X射线粉末衍射与场发射扫描电镜对该体系样品的晶体结构、微观形貌进行了表征,采用综合物性测试系统、精密阻抗分析仪以及高阻计等对该体系样品的磁、介电特性以及电阻等进行了测量分析。通过对整个体系样品的XRD数据进行精修,验证了晶胞参数b在IR=1.11?时存在着异常,并结合晶胞参数以及键长键角的变化,对该体系晶体结构畸变的过程有了一个较为清楚的认识,并认为当稀土离子半径达到IR=1.11?(Gd3+)时,整个晶胞的容忍度已经到达了极限。因此,此时继续缩小晶胞的体积无法维持原有的晶体结构。由于整个晶胞为适应进一步减小的趋势,因此八面体之间会趋向增大扭转,并且八面体内部的O1-Cr-O21也会开始逐步减小,最终导致八面体之间以及八面体内部都发生更大程度的畸变。有关该体系新奇的磁性能,我们认为FC模式下是否存在磁化反转现象是由Cr3+倾角反铁磁的铁磁分量与R3+的磁矩之间趋向于铁磁还是反铁磁决定,而这又与其拟合得到的内场HI值的正负有关。而ZFC模式下出现的负磁化现象,是由于超导线圈残留的负的捕获场以及颗粒之间的相互作用导致的。对该体系样品的介电性能研究发现,其介电温谱曲线都出现了类似的介电弛豫现象。我们通过结合样品的微观形貌以及阻抗谱分析认为该体系样品存在着不同成份的贡献作用(晶粒、晶界),并且通过对EuCrO3样品介电损耗随频率的变化速率数据分析认为,该体系出现的介电弛豫现象都是一种麦克斯韦-瓦格纳(M-W)弛豫。对于该体系存在的磁介电效应,我们通过结合电阻数据以及其低温下磁化强度的变化认为,低温下没有磁结构转变的样品(LaCrO3、EuCrO3、DyCrO3、HoCrO3、YbCrO3)其出现磁介电效应的原因仅仅是由于样品内部某层电阻因磁场影响发生改变而引起的。而低温下存在着磁结构转变的样品(NdCrO3、SmCrO3、GdCrO3、ErCrO3)出现的磁介电效应不仅仅是上述原因导致,其中可能还存在着由磁结构诱导铁电相变而产生的本征的磁电耦合效应。
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