Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的磁性及輸運性質

楊亦云

(安康學院電子與信息工程系，陜西安康 725000)

Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的磁性及輸運性質

楊亦云

(安康學院電子與信息工程系，陜西安康 725000)

通過傳統的固相反應法合成了系列多晶樣品，對樣品進行了直流磁化強度、交流磁化率、電輸運性質的測試，系統地研究了多晶樣品Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的磁性和電輸運性質。磁性數據表明:樣品在高溫區出現了鐵磁長程有序態。電輸運性質的研究結果表明:x= 0.40時樣品出現絕緣體向金屬的轉變。磁電阻隨溫度的變化曲線在169 K附近出現峰值，在5kOe外場下，達到最大值2.5%。

磁化強度;交流磁化率;輸運性質;磁電阻

從1993年Helmot等［1］在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中發現了龐磁電阻效應(CMR)起，鈣鈦礦錳氧化物被廣泛地研究［2-3］。作為與錳氧化物緊密相關的獨特一族，鈣鈦礦鈷氧化物也因此引起人們的關注［4-5］。鈣鈦礦鈷氧化物為氧化物的基礎性研究提供了獨一無二的機會，主要有以下幾個原因［6］:首先，在鈣鈦礦鈷氧化物中發現了CMR效應。1995年在La1-xSrxCoO3薄膜中發現了磁電阻效應［4］;1997年在鈷氧化物LBaCo2O5.4(L=Eu，Gd)［7］中發現了磁電阻效應。其次，鈷氧化物除擁有電荷、自旋、軌道以及晶格自由度外，還擁有一個額外的自由度——鈷離子的自旋態。在鈷氧化物如LaCoO3中，鈷離子處在氧8面體的晶體場中，因為鈷離子與氧離子之間的庫侖作用，產生晶場劈裂，d能級劈裂成t2g態和eg態。由于鈷氧化物的晶場劈裂能和洪特耦合能很相近，即t2g電子和eg電子之間的能隙相當小。鈷離子的基態在摻雜溫度以及外界壓力等的影響下，自旋態的轉變很容易發生［8］。除此以外，鈷氧化物引起人們的研究興趣是因為鈷氧化物的相分離現象。核磁共振、中子衍射等實驗已經驗證了鈷氧化物的相分離行為。La1-xSrxCoO3成為研究鈷氧化物內在相分離的一個模型，許多研究組都給出了La1-xSrxCoO3的相圖。另外，在La1-xCaxCoO3，La1-xBaxCoO3，Nd1-xBaxCoO3，La0.8Sr0.2Co1-xMnxO［4，8-10］3中也發現了相分離行為。關于相分離行為，在具體認識上還存在差異，但鈷氧化物存在自發的相分離行為，這一點已經達到了共識。在上述的這些體系中，人們對鈷氧化物體系的研究已經得出了一些較好的結論。但鈷氧化物的研究仍落后于錳氧化物，為了更好地理解鈷氧化物體系，對鈷氧化物的進一步研究是有必要的。

本文對Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)樣品進行了直流磁化強度、交流磁化率、電輸運性質的測試，系統地研究了Nd1-xSrxCoO3的電磁性質。

1 實驗

多晶系列樣品Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)由標準的固態反應方法制得。首先，把高純度的Nd2O3粉末在800℃預燒4小時。然后，把理想配比的Nd2O3，SrCO3和Co2O3粉末用酒精將其混合均勻;研磨，壓片，在空氣中1 000℃條件下，預燒48 h;重新研磨，壓片，燒結溫度依次為1 100℃和1 200℃，燒結48 h;然后隨爐緩慢冷卻12 h至室溫，完成樣品制備。XRD的測試采用英國Bede公司生產的D1型X射線衍射儀;儀器使用Cu靶Kα線。圖1表明:樣品呈單相，具有正交鈣鈦礦結構。磁性測試采用的是物理性質測試系統(physics property measurement system)。

圖1 多晶樣品Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的室溫XRD譜圖

2 結果與討論

圖2是Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)多晶樣品的零場冷卻熱磁曲線(zero field ZFC)和帶場冷卻熱磁曲線(FC)，即M(T)曲線。測試條件:溫區5～300 K，直流磁場H=1 000 Oe。

圖2 多晶樣品Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的ZFC與FC曲線，直流磁場為1 000 Oe

由圖2可以看出:3個樣品均表現出鐵磁序特征，磁化強度［11］在居里溫度TC附近迅速增加。在FC條件下，鐵磁團簇的磁矩轉向外磁場的方向，使得大的磁化強度在TC附近出現(其中x=0.3時樣品TC=145.7 K，x=0.4時樣品TC=169.2K，x=0.5時樣品TC=175.5 K)。隨著x的增加，Co4+的數目增多，雙交換作用增強，TC升高，鐵磁性逐漸增強，x=0.5時樣品的磁化強度達到最大。在TC附近磁化曲線出現了鐵磁序，而在低溫時磁化強度表現出下降趨勢。Krimmel等［12］通過中子衍射實驗證明:Nd0.67Sr0.33CoO3低溫時磁化強度的下降是由于亞鐵磁序引起的;亞鐵磁序的轉變是因為釹(Nd3+)與鈷(Co3+/Co4+)磁矩的反鐵磁耦合引起的。由于釹與鈷之間的耦合作用較弱，所以亞鐵磁轉變僅在低溫時出現。由磁化曲線可以看出:隨著x的增加，亞鐵磁轉變溫度TFerri隨之升高。可見，隨摻雜量的增加，Nd3+與Co3+/Co4+之間的耦合作用增強，因此在較高的溫度出現了亞鐵磁序。

圖3是x=0.4時樣品的交流磁化率曲線χ'(T)，交流磁化率在169 K附近出現峰值。峰值溫度在居里溫度TC附近，且峰值不隨頻率發生變化，表明交流磁化率與M(T)曲線測試結果一致，樣品表現出鐵磁序特征。在x=0.3～0.5過程中，樣品的交流磁化率的在量值上逐漸增加(其中0.3和0.5的交流磁化率文中未給出)。這也與M(T)曲線測試的結果一致，說明隨x的增加，團簇的數目和尺寸增加，鐵磁性增強。

圖3 x=0.4時樣品交流磁化率曲線

對多晶樣品Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)進行電輸運性質測試。圖4給出了樣品的電輸運性質的細節，即ρ-T曲線。可以看出:隨著Sr含量的增加，空穴增加，樣品的電阻率逐漸減少，在x= 0.5時達到最小。隨著摻雜量的增加，可以觀察到該樣品從明顯的絕緣體導電性向弱的金屬導電性轉變，即IM轉變。x=0.3的樣品在整個溫區內表現為半導體的導電性質，即電阻率隨溫度的升高而降低;對于x=0.4的樣品，在TC附近出現了IM轉變;x=0.5的樣品表現為金屬導電性。內插圖給出了x=0.4時樣品的MR(T)曲線，其定義為MR=(ρ(0)-ρ(H))/ρ(0)×100%。其中:ρ(H)是外磁場為H=5 kOe時材料的電阻率;ρ(0)是外磁場為零時的電阻率。MR的峰值非常接近居里溫度TC;在5 kOe外場下，達到最大值2.5%。這種行為與La1-xSrxCoO3體系相似［13］。

圖4 多晶樣品Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的電阻率與溫度的關系曲線

3 結束語

本文詳細分析了Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)多晶樣品的磁性及電輸運性質。直流磁性數據表明:樣品在高溫區出現了鐵磁長程有序態;在經歷順磁到鐵磁相變后，又在更低的溫度TFerri下發生亞鐵磁轉變。交流磁化率在TC附近出現峰值，進一步確定了樣品的鐵磁序特征。同時，電輸運性質的研究結果表明:隨著摻雜量的增加，出現了絕緣體向金屬導電性的轉變。x=0.4時樣品的ρ-T曲線在居里溫度169 K附近出現了IM轉變; MR曲線在169 K附近出現峰值，在5 kOe外場下達到最大值2.5%。

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(責任編輯 劉舸)

Magnetic and Transport Properties in Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)

YANG Yi-yun

(Department of Electronic and Information Engineering，Ankang University，Ankang 725000，China)

The magnetic and transport properties of polycrystalline Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5) samples were systematically investigated in this paper.The samples were prepared using conventional solid state reaction method.The DC magnetization，AC susceptibility and transport of polycrystalline Nd1-xSrxCoO3were measured using the physical properties measurement system of Quantum Design. We present the magnetic and electronic capability of polycrystalline Nd1-xSrxCoO3.Magnetization studies show ferromagnetic behavior of samples at high temperature.Moreover，the metal-insulator transition is observed in this system around x=0.40.The Magnetoresistance peaks very close to TCabout 169 K，reaching a maximum value of≈2.5%.

magnetization;AC susceptibility;transport properties;magnetoresistance

O482.54

A

1674-8425(2014)06-0113-04

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2014.06.022

2014-01-18

陜西省教育廳科學研究計劃項目(2013K1115)

楊亦云(1976—)，女，黑龍江雙鴨山人，碩士，講師，主要從事磁性物質的低溫物性研究。

楊亦云.Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的磁性及輸運性質［J］.重慶理工大學學報:自然科學版，2014(6): 113-116.

format:YANG Yi-yun.Magnetic and Transport Properties in Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)［J］.Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(6):113-116.