Ga掺杂对稀土铬铁矿HoCrO3磁性及磁热性能的影响

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钙钛矿铬基氧化物RCrO3,由于其表现出丰富物性(如:温度诱导的磁化反转现象、自旋重定向现象以及交换偏置现象等),得到了广泛的研究。目前,关于RCrO3的研究最多的是通过掺杂来调控RCrO3的物性。此外还有其他的方法,如制备相关样品的不同形态(粉末与薄膜)、不同的晶粒尺寸、不同的高压环境等。本论文以HoCrO3为研究对象,分别从退火气氛和非磁性Ga3+离子掺杂两个方面详细研究了对HoCrO3样品磁性及其磁热性能的影响。关于不同退火气氛下对HoCrO3磁性的研究,利用溶胶-凝胶法制备得到空气、氩气和氧气气氛退火样品。X射线衍射谱测试表明,样品的质量良好,结构为正交畸变结构,属于Pbnm空间群,Ho-O键长和Cr-O-Cr键角的变化使得样品的晶格发生一定程度的畸变;扫描电镜图显示,样品颗粒没有显示出明显的孔隙率,晶粒分布相对均匀;拉曼光谱表明,13个活性声子模式中与Ho离子模式相关的峰出现明显偏移,导致样品有效顺磁矩的变化;样品温度依赖的磁化曲线表明,不同气氛下烧结的HoCrO3样品的磁性未出现明显的变化,在奈尔温度点以下都显示出了负磁化现象。通过居里-外斯定律和修正的居里-外斯定律研究了对称相互作用和反对称相互作用对有效磁矩的影响,相比于氩气氛围下烧结HoCrO3样品,在空气和氧气氛围下烧结的HoCrO3样品的有效磁矩减小,表明在制备的样品中可能存在Ho和Cr的空位,这通过X射线能量色散仪测试的元素组成的成分进行了证实。关于不同Ga离子掺杂浓度对HoCrO3磁性和磁热性能的研究,利用高温固相法制备得到不同离子浓度掺杂的HoCrO3样品。X射线衍射谱表明,样品都是无杂相的正交畸变结构,属于Pbnm空间群;由于Ga3+离子取代Cr3+离子导致Cr-O之间的平均键长发生了略微的变化,使得样品的拉曼声子模式随着掺杂Ga3+离子浓度的增加向低波数移动;样品温度依赖的磁化曲线表明,随着Ga3+离子浓度的增加,磁化值减小,奈尔温度点向低温移动,掺杂浓度低于20%的两个样品显示出了温度依赖的磁化反转现象,Ga离子浓度为30%和40%的样品出现明显的自旋重定向现象;Ga3+离子掺杂浓度为40%的样品的温度依赖的磁熵变曲线表明,在外加磁场为7T,温度为15K时,磁熵变值获得最大值为9.78J/Kg K,这个值大于之前报道的结果,说明Ga3+离子掺杂提高了HoCrO3的磁制冷能力。
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